河南理工大學(xué)王燕教授團隊在Thermochimica Acta期刊發(fā)表了題為《Targeted inhibition of AIBN explosion chain reactions: Gas-phase product characterization and thermal decomposition kinetics》的研究論文。該成果由河南理工大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院、河南省爆炸動力災(zāi)害預(yù)警與應(yīng)急工程技術(shù)研究中心及煤炭安全生產(chǎn)與清潔高效利用協(xié)同創(chuàng)新中心聯(lián)合支持。

Thermochimica Acta是專注于熱分析法和量熱法及其在實驗化學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)和工程學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的國際quan威期刊，該期刊主要發(fā)表涵蓋熱分析和量熱法相關(guān)的原創(chuàng)性研究論文。

本文以典型熱不穩(wěn)定的AIBN為研究對象，針對其爆炸鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中的關(guān)鍵自由基，篩選了兩種抑制劑和兩種靶向抑制添加劑。通過20升球形試驗裝置與氣相產(chǎn)物分析，明確了靶向抑制添加劑對爆炸鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的抑制效果，并采用仰儀科技絕熱加速量熱儀TAC-500A進行絕熱實驗，從物理抑制和化學(xué)抑制兩方面闡述了抑制機理。

1.HWS模式測試

研究采用仰儀科技絕熱加速量熱儀TAC-500A的加熱-等待-搜索（HWS）模式，獲取到絕熱條件下樣品熱分解過程中溫度和壓力的變化數(shù)據(jù)。通過對比添加抑制劑前后分解溫度范圍、最高溫度、壓力、絕熱溫升、升溫速率及壓力上升速率等參數(shù)，評估抑制劑的物理吸熱效果與對熱分解反應(yīng)強度的抑制作用。

結(jié)果顯示，添加抑制劑后，AIBN的最大升溫速率（β_T）和最大壓力上升速率（β_P）顯著降低，表明熱分解過程中的熱量積累、氣體膨脹和能量釋放均有所減弱，F(xiàn)AS和KI對AIBN的熱失控抑制具有顯著效果。

部分研究成果展示

2.反應(yīng)熱動力學(xué)研究

本研究采用特定公式對熱分解反應(yīng)階段進行擬合，計算出了添加抑制劑惰性化前后分解反應(yīng)的動力學(xué)特征，通過對比表觀活化能評估抑制劑的化學(xué)抑制作用。

結(jié)果表明，F(xiàn)AS和KI作為自由基清除劑，可靶向捕獲氰自由基與yi丁腈自由基，改變AIBN分解路徑并生成更穩(wěn)定的中間體產(chǎn)物。此類中間體進一步分解需消耗更多能量，導(dǎo)致反應(yīng)表觀活化能顯著升高（添加FAS和KI后，AIBN的表觀活化能從149.15 kJ/mol分別升高至187.65 kJ/mol和194.71 kJ/mol），從而有效抑制反應(yīng)鏈傳播，實現(xiàn)對 AIBN 熱分解與爆轟的顯著惰性化效果。

部分研究成果展示

總結(jié)

本研究基于自由基反應(yīng)動力學(xué)和熱反應(yīng)熱力學(xué)理論，結(jié)合氣體紅外光譜法監(jiān)測爆炸過程中關(guān)鍵自由基的產(chǎn)物變化，以及絕熱加速量熱法評估反應(yīng)體系的放熱特性和危險性，系統(tǒng)探究了靶向抑制劑的抑爆機理與效果。該研究結(jié)果為提升危險化學(xué)品的本質(zhì)安全水平、降低爆炸事故發(fā)生率提供了理論依據(jù)和技術(shù)支撐，具有重要的實際應(yīng)用價值。