為研究泡泡消煙技術(shù)在汽油火災煙氣凈化中的有效性，水中添加質(zhì)量分數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(guò)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(shí)間等性能指標，確定最優(yōu)消煙發(fā)泡液為質(zhì)量分數1%的LAD溶液添加質(zhì)量分數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，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，使得反應后溶液的pH值大幅降低；模擬隧道汽油火災黑煙凈化實(shí)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煙氣。

實(shí)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(wú)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，從而吸收NO2.Na2S2O3能和游離的氰離子相結合，使氰化物變?yōu)闊o(wú)毒的硫氰酸鹽。碳酸氫鈉受熱分解是吸熱過(guò)程，能降低火場(chǎng)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)量分數設置為：0.04%,0.08%,0.40%,0.80%,1.00%和3.00%.根據相關(guān)文獻調研和單體表面活性劑泡沫性能預備實(shí)驗結果，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)量分數1%的LAD水溶液進(jìn)行本次實(shí)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(yáng)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

性能參數測試

用BZY-201自動(dòng)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?jì)x（蘇州億利安機電科技有限公司）測量煙氣濃度，現場(chǎng)直接讀數，恒流取樣，測量?jì)H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)泡性和穩泡性的二元發(fā)泡液。

汽油煙氣導入泡沫液凈化實(shí)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，將其通入桶內發(fā)泡液中；氣體進(jìn)入液體后會(huì )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(zhù)煙氣不斷被通入發(fā)泡液中，含煙泡泡很快就溢滿(mǎn)整個(gè)置液桶。實(shí)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

隧道汽油火災煙氣凈化模擬實(shí)驗

在自制的模擬隧道內使用發(fā)泡液進(jìn)行汽油火災煙氣凈化實(shí)驗，用CCZ100濃度測量?jì)x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律。將兩個(gè)粉塵濃度測量?jì)x分別置于監測點(diǎn)A和監測點(diǎn)B處，取5g汽油置于燃油位置，點(diǎn)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(shí)驗重復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(shí)間變化規律。將兩個(gè)濃度測量?jì)x分別置于監測點(diǎn)A和監測點(diǎn)B處，分別取5g和10g汽油置于燃油位置，點(diǎn)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，測量間隔內啟動(dòng)發(fā)泡機，持續噴射泡沫20s,當濃度降到100mg/m3以下時(shí)停止實(shí)驗。每組實(shí)驗重復3次，取平均值。

結果與分析

性能參數測試結果

發(fā)泡液的pH值

由于pH值受溫度影響會(huì )產(chǎn)生波動(dòng)，本次實(shí)驗在12℃環(huán)境下測量試樣的pH值。測量得知無(wú)堿劑時(shí)1%LAD溶液的pH值為8.39.4種堿性發(fā)泡液的pH值均隨著(zhù)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)量分數增加pH值快速增大。當NaOH質(zhì)量分數超過(guò)1%時(shí)pH值增速變慢，當其質(zhì)量分數為3%時(shí)達最高值13.41.加入3種弱堿的發(fā)泡液pH值上升緩慢。當弱堿劑質(zhì)量分數為3%時(shí)，Na2SO3的pH值最高，為8.99,Na2S2O3和NaHCO3的pH值均低于9.pH值會(huì )隨堿劑質(zhì)量分數增加而增大，這是因為發(fā)泡液中加入堿劑會(huì )使H+的濃度小于OH-的濃度，且隨著(zhù)堿量增加兩種離子濃度差距增大。說(shuō)明LAD溶液與堿劑無(wú)中和反應，可以進(jìn)行二元復配。

表面張力

圖4是不同質(zhì)量分數堿劑發(fā)泡液表面張力的測試結果。強堿NaOH使發(fā)泡液表面張力明顯提高，在NaOH質(zhì)量分數3%時(shí)達到最大值38.3mN/m,隨后發(fā)泡液表面張力值保持穩定，不受NaOH含量變化影響。說(shuō)明NaOH濃度升高時(shí)OH-過(guò)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)的反應機會(huì )，溶液表面張力不再受影響。圖4中弱堿Na2S2O3,NaHCO3變化規律與NaOH相似，低濃度時(shí)發(fā)泡液表面張力激增，達到質(zhì)量分數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(wú)機鹽在濃度最大時(shí)（質(zhì)量分數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。