納米MgO吸附火災(zāi)中有害氣體及碳煙顆粒的模擬研究與分析.pdf

1、目前我國(guó)已經(jīng)成為世界航運(yùn)大國(guó)。但是隨著船舶數(shù)量和噸位的增加，海難事故也在不斷增加，尤其是船舶火災(zāi)所造成的人員傷亡和巨額的財(cái)產(chǎn)損失。統(tǒng)計(jì)顯示船舶火災(zāi)約占船舶事故總數(shù)的11％，航運(yùn)船舶攜帶大量的燃油，包括柴油、汽油、重油等，由于輸油管道的老化等原因，這些燃油發(fā)生泄漏，很容易引發(fā)火災(zāi)。船舶起火時(shí)燃油以及船艙中其他可燃物會(huì)迅速產(chǎn)生大量的煙塵和有毒氣體，阻礙人員逃生，影響消防人員進(jìn)入船艙滅火救人。美國(guó)海軍曾經(jīng)在廢舊軍艦上做了應(yīng)用金屬納米氧化物與煙

2、氣相互作用的試驗(yàn)，效果良好。但是其控?zé)煓C(jī)理至今并未有相關(guān)的報(bào)道。目前分子動(dòng)力學(xué)已經(jīng)普遍地應(yīng)用于納米材料，生物大分子的模擬計(jì)算研究，并且取得了很多突出的成果。而本文在總結(jié)了眾多成果的基礎(chǔ)上，應(yīng)用跨學(xué)科的方法，從微觀上對(duì)金屬納米氧化物與火災(zāi)煙氣的相互作用機(jī)理作了有益的探索，為船舶火災(zāi)的控制研究提供了新的思路。
　　本文以降低煙氣濃度為目標(biāo)，采用新型的納米技術(shù)實(shí)現(xiàn)控?zé)煹哪康?，將納米氧化鎂顆粒吸附性能應(yīng)用于處理火災(zāi)煙氣中有害氣體和碳煙顆粒

3、，利用分子動(dòng)力學(xué)模擬的方法進(jìn)行分析。
　　首先，分析納米氧化鎂的形貌結(jié)構(gòu)，得到立方體型納米氧化鎂在10 nm范圍內(nèi)，當(dāng)粒徑的尺寸減小時(shí)，其比表面積迅速增加。當(dāng)粒徑為1nm時(shí)，其表面原子占總原子比例可以達(dá)到90%以上；
　　其次，研究煙氣的理化特性，得出阻礙人員逃生的主要原因是煙氣中存在影響視線的碳煙顆粒物和致人喪失逃生能力的有毒氣體CO、SO2等分子。
　　然后，基于分子動(dòng)力學(xué)模擬理論，以Lammps和Material

4、 Studio模擬軟件為平臺(tái)，建立了0 nm~10nm粒徑的立方體納米氧化鎂模型以及煙氣中CO、SO2、CO2等氣體分子和碳煙顆粒的模型。通過(guò)Lenna rd-Jones勢(shì)函數(shù)以及鍵合作用勢(shì)函數(shù)建立力場(chǎng)數(shù)學(xué)模型，從微觀角度闡述納米氧化鎂控?zé)煓C(jī)理。量化在控?zé)熯^(guò)程中的主要技術(shù)參數(shù)，如納米氧化鎂粒徑、比表面積、吸附時(shí)間、吸附量以及溫度等，經(jīng)過(guò)模擬計(jì)算得到的結(jié)果主要包括：
　　(1)納米氧化鎂可以吸附煙氣中氣體分子和碳煙顆粒，并在一定范圍

5、內(nèi)隨著納米氧化鎂粒徑的增加，吸附的時(shí)間在縮短，在0 nm~2nm范圍內(nèi)吸附時(shí)間變化顯著；
　　(2)吸附氣體分子的數(shù)量隨納米氧化鎂粒徑的增大而增加，并且在數(shù)值上成二次方關(guān)系；
　　(3)納米氧化鎂對(duì)于不同的氣體分子，其吸附量有著明顯區(qū)別，吸附CO分子數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于SO2分子數(shù)量；
　　(4)CO分子可以形成明顯的雙層垂直吸附，并且C端吸附能大于O端；而SO2分子只能形成單層吸附，并且O端吸附能大于S端。在300K~400

6、 K溫度變化范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，納米氧化鎂吸附氣體分子量有所減少，但是減少不明顯。在一定尺寸范圍內(nèi)隨著粒徑的增加，納米氧化鎂吸附碳煙顆粒時(shí)間縮短與吸附氣體有相同特點(diǎn)，然而溫度變化對(duì)吸附碳煙顆粒影響并沒(méi)有明顯規(guī)律。
　　最后，考慮實(shí)際投放納米氧化鎂粉體于運(yùn)動(dòng)的煙氣中，分析在空氣流體中納米顆粒、煙氣顆粒以及氣體分子的運(yùn)動(dòng)和受到綜合力的作用，結(jié)合模擬納米氧化鎂吸附煙氣的結(jié)果，可以得出納米氧化鎂能有效吸附煙氣中有害氣體和碳煙顆粒，對(duì)煙