点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:微米级金属氧化物出手 “降服”爆炸后的致命元凶
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

微米级金属氧化物出手 “降服”爆炸后的致命元凶

来源:科技日报2021-07-14 09:34

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  这种布满小孔的金属氧化物颗粒具有较好的吸附作用,可以在瞬间吸附空气中的一氧化碳和氧气,使其转化为无害化产物。为了物尽其用,科研人员对这种金属氧化物进行了改性处理,使之吸附效率大大提高。

  在封闭的地下巷道,一堆木炭被点燃,看不见摸不着的一氧化碳随着跳动的火焰悄然扩散。

  1000百万分比浓度(ppm)、1500ppm、1700ppm……监测仪器上的读数快速上升,巷道的一氧化碳浓度已经足以让人在几十分钟内死亡。

  在国家矿山应急救援开滦队的等比例巷道中,一场前所未有的井下一氧化碳捕捉与消除实验正在紧张地进行。数天后,一场引燃甲烷模拟井下瓦斯爆炸的实验再次上演,试验目的仍然是消除高浓度的一氧化碳。

  记者7月初从中国矿业大学副校长、周福宝教授团队获得的实验数据表明,他们基于化学催化原理,首创的一氧化碳主动同步处置方法,可通过释放消除剂粉体形成“超细尘云”,捕捉空气中的一氧化碳,并将其迅速转化为无害化产物。

  在地下矿井、城市高楼、工厂车间、船舶机舱等受限空间里,一旦发生爆炸或者火灾,就会积聚大量一氧化碳,这往往会比开放空间同类事故造成的人员伤亡更大。该方法有助于短时间内将一氧化碳浓度降低到安全区间,为救援逃生争取时间。

  爆炸后高浓度一氧化碳致人窒息死亡

  受限空间是指封闭或半封闭,进出口狭窄受限,自然通风不良的空间,高层建筑、煤矿井下、地铁隧道、机舱船舱等都是受限空间。

  为什么受限空间的火灾、爆炸事故会造成如此多的伤亡?

  在火灾、爆炸事故中,往往会产生大量一氧化碳,浓度可达几千到几万ppm。现场人员吸入后,一氧化碳与血红蛋白的亲和力比氧气高200—300倍,使血红蛋白丧失携氧能力,致人窒息死亡。

  “空气中一氧化碳浓度达12800ppm时,人在1—3分钟内就会死亡,浓度达3200ppm时人会25—30分钟死亡,浓度达800ppm人则可能在2—3小时死亡。”团队成员、中国矿业大学陈小雨副教授说。

  近年来,随着城市建设和能源转型,矿井事故死亡人数逐年下降,但高楼、车间、船舶、机舱等受限空间发生火灾、爆炸事故的比例迅速上升,一氧化碳中毒风险正在从高危岗位向普通百姓扩散。

  国家矿山应急救援开滦队总工程师张文明表示,灾害发生后,如果不能快速降低一氧化碳的浓度,后续的救援措施往往无法达到预期效果。目前,煤矿井下应对火灾、爆炸而设置的水棚、岩粉棚和干粉棚等方法,对于一氧化碳束手无策。

  如何在受限空间内快速消除一氧化碳,已成为全球范围内应急救援的重要课题。

  惰性金属氧化物进行无害化转化

  2015年,周福宝教授提出一种新思路:用特殊物质吸附一氧化碳,并将其转变为其他物质,达到降解、消除的目的。

  “我们前前后后试验了十几种物质,经过几年反复实验,最终找到一种过渡金属氧化物,并把它设计制成具有较大表面孔隙率的微米级颗粒。”陈小雨告诉科技日报记者。

  陈小雨介绍,这种金属氧化物的直径只有10—50微米,但是比表面积非常大,1克金属氧化物,表面积可达成百上千平方米。这种布满小孔的金属氧化物颗粒还具有较好的吸附作用,可以在瞬间吸附空气中的一氧化碳和氧气,使其转化为无害化产物。为了物尽其用,科研人员对这种金属氧化物进行了改性处理,使之吸附效率大大提高。

  “这种金属氧化物本身是惰性的,不易与其他物质发生反应,在空气中遇明火不会爆炸,因此保存起来也比较容易,与干粉灭火器差不多。”陈小雨说。

  周福宝团队首先进行了20升爆炸球实验,验证了一氧化碳主动同步处置方法技术对瓦斯爆炸和瓦斯煤尘混合爆炸后消除一氧化碳的有效性。随后团队自主设计了毒气消除实验箱体,研究了环境温度、消除剂浓度、一氧化碳初始浓度等因素对消除效果影响的规律,获得了主动同步一氧化碳处置技术的最佳应用指标。

  2021年初,在江苏省城市地下空间火灾防护高校重点实验室的管廊实验系统内,团队利用混凝土管廊,首次模拟了主动同步一氧化碳处置技术在受限空间火灾中的消除效率。他们在全长11.5米、内径1.5米、外径1.8米的管廊模型中,燃烧一定量木炭,产生一氧化碳。待一氧化碳均匀扩散到整个空间后,向管廊内喷洒消除剂。

  在火焰熄灭后的第6分钟,喷入了消除剂。3分钟内,一氧化碳浓度从1200ppm下降至700ppm左右,并维持较长时间。

  同时,他们还研发了便携式消除剂气载装置,能够迅速将消除剂粉体喷洒在灾害环境中。由于这种粉体粒径足够小,其在空气中悬浮时间可达40分钟以上,能主动捕获烟气中的一氧化碳,并将一氧化碳吸附在消除剂表面从而快速转化。

  可应用于多种受限空间的应急救援

  小尺度实验成功,让团队信心大增。2021年4月,周福宝团队带着技术装备来到唐山市。在国家矿山应急救援开滦队基地,有一个等比例巷道。巷道总长688米,完全模拟了地下矿井的结构形态。在这里,周福宝团队进行了为期近2个月的实验。

  首次实验针对井下火灾展开。在长16.5米、断面积3.96平方米的正梯形独头巷道中,科研人员使用便携式消除剂气载装置消除一氧化碳。

  “实验结果非常好,可以瞬间将独头巷道内的一氧化碳从1700ppm消减至345ppm。”张文明说。

  随后,团队又在全尺寸巷道中进行甲烷爆炸后的一氧化碳产物消除实验。他们利用爆炸管道装置进行爆炸实验,并在爆炸装置出口处布置了多个消除剂粉棚,模拟爆炸后的冲击波,由冲击波引发一氧化碳消除实验。结果显示,每立方米100克的消除剂可瞬间将一氧化碳从2178ppm消减至649ppm。

  陈小雨介绍,他们已经针对矿井爆炸环境,设计出自动释放的粉棚,例如每隔2米布置1个一氧化碳消除剂粉棚,装有2公斤消除剂,瞬间可将爆炸源处一氧化碳浓度降至1500ppm以下,5分钟内受灾区域一氧化碳浓度降至500ppm。

  同时,也可以使用便携式手动气载装置人工喷洒消除剂。5分钟内就可将受灾区间一氧化碳浓度降至1000ppm,30分钟内使环境中一氧化碳降至200ppm。

  “所有井下的爆炸、火灾,致死的最大因素就是一氧化碳。这个课题瞄准的就是一氧化碳的消除,抓住了它的产生机理、现场使用等方向。这个课题与我们救护的实际情况相符,希望我们能合作研究出更多符合实际应用的成果。”国家安全生产应急救援指挥中心原常务副主任王志坚说,“研究成果不仅可以立足于煤矿,还可以运用于公共安全领域,对于铁路隧道、地铁、高层建筑等受限空间,它的应用前景非常大。”(张 晔

[ 责编:蔡琳 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • “鎏金走龙”为您展望数智普惠发展前景

  • 2026世界人工智能大会机器人亮点纷呈

独家策划

推荐阅读
当前,全球能源转型加速推进,海洋能正处在由技术探索迈向规模化应用的关键阶段。准确把握发展形势与现实基础,对于我国海洋能发展具有重要意义。
2026-07-20 10:00
如何破解制约早期科技成果转化的瓶颈?加强国家技术转移体系建设,培养一批全链条参与成果转化的技术经理人迫在眉睫。
2026-07-20 04:20
今年7月,全球人工智能治理的讨论在短短几天内完成了一次耐人寻味的“接力”。从在日内瓦举行的联合国人工智能治理全球对话、“人工智能向善”全球峰会,再到在上海举办的2026世界人工智能大会暨人工智能全球治理高级别会议,来自政府、国际组织、企业和学术界的讨论都聚焦于同一个问题:面对快速发展的人工智能,国际社会如何把已有的治理理念真正转化为国际合作行动?
2026-07-20 04:20
中国农业科学院和中国农业绿色发展研究会18日在北京发布《中国农业绿色发展报告2025》。报告显示,我国农业绿色发展水平持续向好,农业绿色发展机制创新不断拓展,理论研究与技术突破协同发力,区域农业绿色发展实践走深走实。
2026-07-20 04:20
不同于常规仅能帮助科研人员完成查阅文献、编写代码、处理数据或者实现流程自动化等基础功能的现有科研系统大模型,“求是引擎”首次具备了千步级长程科研推理能力,是能够自主组织和持续推进科研工作的科学发现系统。
2026-07-20 04:20
精细匹配才能让资源发挥最大效能。把闲置变增量,让分散汇合力,精准的分配机制,有利于提高生产力。
2026-07-17 09:53
新专业落地只是起点。下一步,教育部将组织各地各校有序完成专业开设,及时开发完善教学标准和人才培养方案,明确新专业的核心素养、知识能力要求及设置条件,确保新专业设置有章可循。
2026-07-17 03:20
盛夏雨林凝翠色,沧江碧水逐新潮。7月16日,“2026世界市长对话·西双版纳”主旨对话活动在云南省西双版纳傣族自治州举行。
2026-07-17 03:50
新质生产力的形成和发展,不仅引起社会生活的重大变革,而且引起并要求人的思维方式发生新的变革。思维观念和思维方式是能力、素质的先导,只有思维“换挡”,才能适应和驾驭新质生产力的快速发展。
2026-07-17 03:50
当前,新一轮科技革命和产业变革深入推进,深刻改变着人类的生产生活方式,也引发人们对人工智能在劳动过程中究竟扮演何种角色的诸多讨论。
2026-07-17 03:50
由此,教育链、人才链、创新链与产业链得以深度贯通,形成“以国家战略任务牵引创新、以创新实践锻造人才、以人才成长支撑国家战略”的良性循环,为高水平科技自立自强和中国式现代化提供持续支撑。由此,国家战略任务牵引下的人才培养,将推动人才在解决复杂问题过程中形成原创能力,在跨学科协同中拓宽战略视野,在长期攻关实践中涵养使命担当。
2026-07-16 09:54
“北科秀场”也在上演精心打造的10集暑期特辑《科学游戏大冒险》,观众化身“科学侦探”,跟随“科博士”和“科代表”开启跌宕起伏的科学冒险之旅。“北科”系列品牌活动还实现分层培养:3岁至8岁可以在“北科童行”游戏中启蒙,6岁至12岁可在“北科展教坊”探究实践,12岁至18岁可在“北科学堂”完成跨学科进阶。
2026-07-16 09:36
由此,教育链、人才链、创新链与产业链得以深度贯通,形成“以国家战略任务牵引创新、以创新实践锻造人才、以人才成长支撑国家战略”的良性循环,为高水平科技自立自强和中国式现代化提供持续支撑。由此,国家战略任务牵引下的人才培养,将推动人才在解决复杂问题过程中形成原创能力,在跨学科协同中拓宽战略视野,在长期攻关实践中涵养使命担当。
2026-07-16 09:35
当钢铁机械遇上童心想象,硬核工业叙事便打破了技术壁垒,在儿童文学中生长出温柔坚韧的力量。开篇岩岩玩积木时爸爸演示的“平行四连杆机构”,最终成为破解矿车转向系统故障的关键,让孩子的奇思妙想对接工业实践。
2026-07-16 09:35
风云卫星的“跨界”应用是中国气象科技对参与我国生态治理与应对全球气候变化挑战,做出的一道“必答题”。更重要的是,风云卫星积累的连续墒情数据,为农作物生长模型构建、气候变化对农业影响分析提供支撑。
2026-07-16 09:34
一个常见误解是,基础研究离市场较远,产业竞争越激烈,越应把资源集中到应用开发和成果转化上。量子信息产业离不开量子力学,人工智能离不开数学、统计学、计算机科学和认知科学,生物制造离不开分子生物学、基因组学和合成生物学,新能源和新材料离不开物理、化学和材料科学。
2026-07-16 09:33
延东煤层气田位于延长县和宜川县境内,是陕西省属企业探明的首个大型深层煤层气田,埋深超2000米,属典型的“自生自储”型深层煤层气藏。
2026-07-15 09:15
中国科学院院士、北京大学干细胞研究中心主任邓宏魁团队发布了其首创的“化学重编程干细胞”技术的自主实验室应用——智能细胞化学重编程和克隆筛选平台。
2026-07-15 09:15
登记面积达37.7万平方公里,绿水青山有了自己的“户口本”。在生态产品价值实现机制方面,探索建立资源权益指标市场化交易机制、生态保护红线内建设用地腾退指标交易激励机制,实现成本共担、生态效益共享。
2026-07-15 09:14
对于我们抢占科技和产业制高点、牢牢把握发展主动权具有重要意义。发展未来产业,前瞻布局管方向、管长远、管全局,梯度培育管路径、管方法、管落实。
2026-07-15 09:14
加载更多