為研究泡泡消煙技術(shù)在汽油火災(zāi)煙氣凈化中的有效性，水中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%月桂酰兩性基二乙酸二鈉（LAD）表面活性劑制備發(fā)泡液，并加入Na2S2O3,Na2SO3,NaHCO3,NaOH等堿性添加劑制成堿性發(fā)泡液。通過分析發(fā)泡液的表面張力、黏度、泡沫性能、pH值及汽油燃燒殘留物（炭黑）沉降時間等性能指標(biāo)，確定最優(yōu)消煙發(fā)泡液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的LAD溶液添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.4%Na2SO3堿性添加劑；使用自制煙氣收集凈化裝置對發(fā)泡液的凈煙效果測試發(fā)現(xiàn)，汽油煙氣被包裹在泡泡中而難以溢散并被泡泡液緩慢吸附、中和，使得反應(yīng)后溶液的pH值大幅降低；模擬隧道汽油火災(zāi)黑煙凈化實驗測得泡泡噴射作業(yè)150s能使黑煙濃度降低97.8%.堿性發(fā)泡液能有效凈化汽油火災(zāi)煙氣。

實驗材料

堿性發(fā)泡液的組成為水、表面活性劑、堿性添加劑。選用亞硫酸鈉（Na2SO3）、硫代硫酸鈉（Na2S2O3）、碳酸氫鈉（NaHCO3）和氫氧化鈉（NaOH）4種堿性物質(zhì)作為堿性添加劑。為減少離子對溶液性能的影響，本文選用的是含Na無機鹽。其中Na2SO3屬于強堿弱酸鹽，在水中電離為弱堿性，能與NO2發(fā)生反應(yīng)，從而吸收NO2.Na2S2O3能和游離的氰離子相結(jié)合，使氰化物變?yōu)闊o毒的硫氰酸鹽。碳酸氫鈉受熱分解是吸熱過程，能降低火場溫度，分解為水、碳酸鈉和二氧化碳，是干粉滅火器的主要滅火材料。NaOH是強堿，具有堿的一切通性，作為3種弱堿的對比組。堿性添加劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)設(shè)置為：0.04%,0.08%,0.40%,0.80%,1.00%和3.00%.根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)調(diào)研和單體表面活性劑泡沫性能預(yù)備實驗結(jié)果，選用具有良好緩蝕性能、溫和不含硅油等刺激性成分、發(fā)泡性能好的月桂酰兩性基二乙酸二鈉（LAD）（C20H38N2Na2O6）作為表面活性劑配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的LAD水溶液進(jìn)行本次實驗。LAD作為兩性離子表面活性劑，其親水基中既有陰離子特征羧基COOH,也有陽離子特征氮離子N+,而親油基主要為十一烷基。

圖1泡泡消煙原理圖

性能參數(shù)測試

用BZY-201自動表面張力儀測定發(fā)泡液的表面張力；用PH818酸堿檢測計測量發(fā)泡液的pH值；用NDJ-1S數(shù)顯黏度計傳感器檢測發(fā)泡液的黏度；采用改進(jìn)Ross-mile法測定發(fā)泡液泡沫性能；用CCZ1000濃度測量儀（蘇州億利安機電科技有限公司）測量煙氣濃度，現(xiàn)場直接讀數(shù)，恒流取樣，測量僅與被測介質(zhì)的質(zhì)量有關(guān)，不受顆粒的粒徑、成分、顏色及分散狀態(tài)等因素的影響?；谛阅芊治鲞x配出具有良好發(fā)泡性和穩(wěn)泡性的二元發(fā)泡液。

汽油煙氣導(dǎo)入泡沫液凈化實驗

采用自制煙氣收集凈化裝置（圖3）測試汽油燃燒產(chǎn)生黑煙通入水和發(fā)泡溶液中的pH值變化。

圖2汽油燃燒物潤濕沉降情況

煙氣收集凈化裝置主要由置液桶、通氣管、離心式風(fēng)機、吸氣管、集氣罩和燃油池等組成，其凈煙工作原理如圖3所示。風(fēng)機抽走集氣罩下燃油池中汽油燃燒的黑煙，將其通入桶內(nèi)發(fā)泡液中；氣體進(jìn)入液體后會立刻浮出液面，在液體表面張力作用下排出液面的煙氣被液膜包裹成含煙氣泡；隨著煙氣不斷被通入發(fā)泡液中，含煙泡泡很快就溢滿整個置液桶。實驗前測量并記錄水及發(fā)泡液的pH值。

圖3煙氣收集凈化裝置作業(yè)原理

隧道汽油火災(zāi)煙氣凈化模擬實驗

在自制的模擬隧道內(nèi)使用發(fā)泡液進(jìn)行汽油火災(zāi)煙氣凈化實驗，用CCZ100濃度測量儀測量煙氣濃度。

（1）燃燒汽油使黑煙自行消散，測定黑煙濃度自行消散變化規(guī)律。將兩個粉塵濃度測量儀分別置于監(jiān)測點A和監(jiān)測點B處，取5g汽油置于燃油位置，點燃汽油使其充分燃燒至自然熄滅，燃燒期間每5min測一次黑煙濃度，直到其質(zhì)量濃度降到100mg/m3以下。每組實驗重復(fù)3次，取平均值。

（2）使用泡泡凈化汽油黑煙，測定黑煙濃度隨時間變化規(guī)律。將兩個濃度測量儀分別置于監(jiān)測點A和監(jiān)測點B處，分別取5g和10g汽油置于燃油位置，點燃汽油使其充分燃燒至自然熄滅，燃燒期間每30s測一次黑煙濃度，測量間隔內(nèi)啟動發(fā)泡機，持續(xù)噴射泡沫20s,當(dāng)濃度降到100mg/m3以下時停止實驗。每組實驗重復(fù)3次，取平均值。

結(jié)果與分析

性能參數(shù)測試結(jié)果

發(fā)泡液的pH值

由于pH值受溫度影響會產(chǎn)生波動，本次實驗在12℃環(huán)境下測量試樣的pH值。測量得知無堿劑時1%LAD溶液的pH值為8.39.4種堿性發(fā)泡液的pH值均隨著堿性物質(zhì)含量的增加而增大。添加NaOH的發(fā)泡液pH值最大。隨NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加pH值快速增大。當(dāng)NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過1%時pH值增速變慢，當(dāng)其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時達(dá)最高值13.41.加入3種弱堿的發(fā)泡液pH值上升緩慢。當(dāng)弱堿劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時，Na2SO3的pH值最高，為8.99,Na2S2O3和NaHCO3的pH值均低于9.pH值會隨堿劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而增大，這是因為發(fā)泡液中加入堿劑會使H+的濃度小于OH-的濃度，且隨著堿量增加兩種離子濃度差距增大。說明LAD溶液與堿劑無中和反應(yīng)，可以進(jìn)行二元復(fù)配。

表面張力

圖4是不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)堿劑發(fā)泡液表面張力的測試結(jié)果。強堿NaOH使發(fā)泡液表面張力明顯提高，在NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%時達(dá)到最大值38.3mN/m,隨后發(fā)泡液表面張力值保持穩(wěn)定，不受NaOH含量變化影響。說明NaOH濃度升高時OH-過多，造成圖4加入堿劑后發(fā)泡溶液的表面張力表面活性物質(zhì)停留于溶液表面，阻礙了OH-與更多表面活性物質(zhì)的反應(yīng)機會，溶液表面張力不再受影響。圖4中弱堿Na2S2O3,NaHCO3變化規(guī)律與NaOH相似，低濃度時發(fā)泡液表面張力激增，達(dá)到質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.8%之后，表面張力值增幅減緩。NaOH加入使發(fā)泡液表面張力增加了35.7%,而其他3種弱堿無機鹽在濃度最大時（質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%）僅增加約10%.與強堿劑相比，弱堿劑對溶液表面張力影響較小。