微米級金屬氧化物出手 “降服”爆炸后的降服致命元兇
這種布滿小孔的金屬氧化物顆粒具有較好的吸附作用，可以在瞬間吸附空氣中的微米一氧化碳和氧氣，使其轉(zhuǎn)化為無害化產(chǎn)物。屬氧為了物盡其用，化物后科研人員對這種金屬氧化物進行了改性處理，出手使之吸附效率大大提高。爆炸
在封閉的致命地下巷道，一堆木炭被點燃，元兇看不見摸不著的降服一氧化碳隨著跳動的火焰悄然擴散。
1000百萬分比濃度（ppm）、微米1500ppm、屬氧1700ppm……監(jiān)測儀器上的化物后讀數(shù)快速上升，巷道的出手一氧化碳濃度已經(jīng)足以讓人在幾十分鐘內(nèi)死亡。
在國家礦山應(yīng)急救援開灤隊的爆炸等比例巷道中，一場前所未有的致命井下一氧化碳捕捉與消除實驗正在緊張地進行。數(shù)天后，一場引燃甲烷模擬井下瓦斯爆炸的實驗再次上演，試驗?zāi)康娜匀皇窍邼舛鹊囊谎趸肌?/p>
記者7月初從中國礦業(yè)大學(xué)副校長、周福寶教授團隊獲得的實驗數(shù)據(jù)表明，他們基于化學(xué)催化原理，首創(chuàng)的一氧化碳主動同步處置方法，可通過釋放消除劑粉體形成“超細(xì)塵云”，捕捉空氣中的一氧化碳，并將其迅速轉(zhuǎn)化為無害化產(chǎn)物。
在地下礦井、城市高樓、工廠車間、船舶機艙等受限空間里，一旦發(fā)生爆炸或者火災(zāi)，就會積聚大量一氧化碳，這往往會比開放空間同類事故造成的人員傷亡更大。該方法有助于短時間內(nèi)將一氧化碳濃度降低到安全區(qū)間，為救援逃生爭取時間。
爆炸后高濃度一氧化碳致人窒息死亡
受限空間是指封閉或半封閉，進出口狹窄受限，自然通風(fēng)不良的空間，高層建筑、煤礦井下、地鐵隧道、機艙船艙等都是受限空間。
為什么受限空間的火災(zāi)、爆炸事故會造成如此多的傷亡？
在火災(zāi)、爆炸事故中，往往會產(chǎn)生大量一氧化碳，濃度可達(dá)幾千到幾萬ppm?，F(xiàn)場人員吸入后，一氧化碳與血紅蛋白的親和力比氧氣高200—300倍，使血紅蛋白喪失攜氧能力，致人窒息死亡。
“空氣中一氧化碳濃度達(dá)12800ppm時，人在1—3分鐘內(nèi)就會死亡，濃度達(dá)3200ppm時人會25—30分鐘死亡，濃度達(dá)800ppm人則可能在2—3小時死亡?！眻F隊成員、中國礦業(yè)大學(xué)陳小雨副教授說。
近年來，隨著城市建設(shè)和能源轉(zhuǎn)型，礦井事故死亡人數(shù)逐年下降，但高樓、車間、船舶、機艙等受限空間發(fā)生火災(zāi)、爆炸事故的比例迅速上升，一氧化碳中毒風(fēng)險正在從高危崗位向普通百姓擴散。
國家礦山應(yīng)急救援開灤隊總工程師張文明表示，災(zāi)害發(fā)生后，如果不能快速降低一氧化碳的濃度，后續(xù)的救援措施往往無法達(dá)到預(yù)期效果。目前，煤礦井下應(yīng)對火災(zāi)、爆炸而設(shè)置的水棚、巖粉棚和干粉棚等方法，對于一氧化碳束手無策。
如何在受限空間內(nèi)快速消除一氧化碳，已成為全球范圍內(nèi)應(yīng)急救援的重要課題。
惰性金屬氧化物進行無害化轉(zhuǎn)化
2015年，周福寶教授提出一種新思路：用特殊物質(zhì)吸附一氧化碳，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌镔|(zhì)，達(dá)到降解、消除的目的。
“我們前前后后試驗了十幾種物質(zhì)，經(jīng)過幾年反復(fù)實驗，最終找到一種過渡金屬氧化物，并把它設(shè)計制成具有較大表面孔隙率的微米級顆粒?！标愋∮旮嬖V科技日報記者。
陳小雨介紹，這種金屬氧化物的直徑只有10—50微米，但是比表面積非常大，1克金屬氧化物，表面積可達(dá)成百上千平方米。這種布滿小孔的金屬氧化物顆粒還具有較好的吸附作用，可以在瞬間吸附空氣中的一氧化碳和氧氣，使其轉(zhuǎn)化為無害化產(chǎn)物。為了物盡其用，科研人員對這種金屬氧化物進行了改性處理，使之吸附效率大大提高。
“這種金屬氧化物本身是惰性的，不易與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，在空氣中遇明火不會爆炸，因此保存起來也比較容易，與干粉滅火器差不多?！标愋∮暾f。
周福寶團隊首先進行了20升爆炸球?qū)嶒?，驗證了一氧化碳主動同步處置方法技術(shù)對瓦斯爆炸和瓦斯煤塵混合爆炸后消除一氧化碳的有效性。隨后團隊自主設(shè)計了毒氣消除實驗箱體，研究了環(huán)境溫度、消除劑濃度、一氧化碳初始濃度等因素對消除效果影響的規(guī)律，獲得了主動同步一氧化碳處置技術(shù)的最佳應(yīng)用指標(biāo)。
2021年初，在江蘇省城市地下空間火災(zāi)防護高校重點實驗室的管廊實驗系統(tǒng)內(nèi)，團隊利用混凝土管廊，首次模擬了主動同步一氧化碳處置技術(shù)在受限空間火災(zāi)中的消除效率。他們在全長11.5米、內(nèi)徑1.5米、外徑1.8米的管廊模型中，燃燒一定量木炭，產(chǎn)生一氧化碳。待一氧化碳均勻擴散到整個空間后，向管廊內(nèi)噴灑消除劑。
在火焰熄滅后的第6分鐘，噴入了消除劑。3分鐘內(nèi)，一氧化碳濃度從1200ppm下降至700ppm左右，并維持較長時間。
同時，他們還研發(fā)了便攜式消除劑氣載裝置，能夠迅速將消除劑粉體噴灑在災(zāi)害環(huán)境中。由于這種粉體粒徑足夠小，其在空氣中懸浮時間可達(dá)40分鐘以上，能主動捕獲煙氣中的一氧化碳，并將一氧化碳吸附在消除劑表面從而快速轉(zhuǎn)化。
可應(yīng)用于多種受限空間的應(yīng)急救援
小尺度實驗成功，讓團隊信心大增。2021年4月，周福寶團隊帶著技術(shù)裝備來到唐山市。在國家礦山應(yīng)急救援開灤隊基地，有一個等比例巷道。巷道總長688米，完全模擬了地下礦井的結(jié)構(gòu)形態(tài)。在這里，周福寶團隊進行了為期近2個月的實驗。
首次實驗針對井下火災(zāi)展開。在長16.5米、斷面積3.96平方米的正梯形獨頭巷道中，科研人員使用便攜式消除劑氣載裝置消除一氧化碳。
“實驗結(jié)果非常好，可以瞬間將獨頭巷道內(nèi)的一氧化碳從1700ppm消減至345ppm。”張文明說。
隨后，團隊又在全尺寸巷道中進行甲烷爆炸后的一氧化碳產(chǎn)物消除實驗。他們利用爆炸管道裝置進行爆炸實驗，并在爆炸裝置出口處布置了多個消除劑粉棚，模擬爆炸后的沖擊波，由沖擊波引發(fā)一氧化碳消除實驗。結(jié)果顯示，每立方米100克的消除劑可瞬間將一氧化碳從2178ppm消減至649ppm。
陳小雨介紹，他們已經(jīng)針對礦井爆炸環(huán)境，設(shè)計出自動釋放的粉棚，例如每隔2米布置1個一氧化碳消除劑粉棚，裝有2公斤消除劑，瞬間可將爆炸源處一氧化碳濃度降至1500ppm以下，5分鐘內(nèi)受災(zāi)區(qū)域一氧化碳濃度降至500ppm。
同時，也可以使用便攜式手動氣載裝置人工噴灑消除劑。5分鐘內(nèi)就可將受災(zāi)區(qū)間一氧化碳濃度降至1000ppm，30分鐘內(nèi)使環(huán)境中一氧化碳降至200ppm。
“所有井下的爆炸、火災(zāi)，致死的最大因素就是一氧化碳。這個課題瞄準(zhǔn)的就是一氧化碳的消除，抓住了它的產(chǎn)生機理、現(xiàn)場使用等方向。這個課題與我們救護的實際情況相符，希望我們能合作研究出更多符合實際應(yīng)用的成果。”國家安全生產(chǎn)應(yīng)急救援指揮中心原常務(wù)副主任王志堅說，“研究成果不僅可以立足于煤礦，還可以運用于公共安全領(lǐng)域，對于鐵路隧道、地鐵、高層建筑等受限空間，它的應(yīng)用前景非常大?！?
