1、消防理论研究Fire Science and Technology,December 2023,Vol.42,No.12惰性粉体抑制玉米淀粉的燃爆特性研究史兆伟1,赵利民1,赵阳1,李珍宝2（1.兰州资源环境职业技术大学 应急管理学院，甘肃 兰州 730021；2.兰州理工大学 石油化工学院，甘肃 兰州 730050）摘要：利用热重分析仪和 20 L爆炸球试验系统，测试了不同种类及浓度的惰性粉体对玉米淀粉（CS）的燃爆抑制作用，并确定了最优配比。采用傅里叶红外变换光谱分析了样品爆炸残留物，定量表征了抑爆前后活性官能团变化规律，分析了惰性粉体的抑爆机理。结果表明：NaHCO3、Al（OH）3以及
2、三聚氰胺聚磷酸盐能够降低玉米淀粉氧化速率、提高其发生氧化反应的困难程度，降低爆炸危险性；确定质量分数为 20%的三聚氰胺聚磷酸盐粉体为最佳抑制粉体。在该过程中，能产生 PO、HPO 等，与淀粉氧化过程产生的 H、OH 发生自由基反应，阻断燃烧链式反应，延缓玉米粉的氧化进程，抑制其产生挥发分。关键词：玉米淀粉；燃爆特性；抑爆剂；爆炸压力；抑制机理中图分类号：X932；X913.4 文献标志码：A 文章编号：1009-0029（2023）12-1646-05粮食粉体在机械输送过程中可能因过载而外泄，致使其悬浮在空气中形成粉尘云，或堆积在设备表面形成粉尘层。设备运转使表面产生高温，引燃堆积的粉尘层，
3、可能引燃空间内的粉尘云1-4。因此，通过抑爆技术抑制玉米淀粉燃爆对工业过程安全防控具有重要意义。常用的抑爆技术分为惰性粉体抑爆及惰性气体抑爆两种。惰性气体主要起物理抑制作用，而惰性粉体不仅有 物 理 抑 爆 效 应 和 化 学 抑 爆 效 应，还 有 物 化 协 同 效应5-7。物理抑制效应主要表现为冷却、稀释、吸收热辐射等。化学抑制效应主要是通过消除 H、OH和 O自由基，阻 断 可 燃 物 氧 化 反 应 的 链 式 反 应。氢 氧 化 铝（Al（OH）3）作为两性氢氧化物，因为在燃烧过程中无毒无异味及无烟，所以被广泛应用于各种材料的阻燃。LIU Y L等8和 QIN Z L 等9研究了
4、Al（OH）3对聚合物的阻燃特性，发现氢氧化铝在燃烧过程中能够产生陶瓷状氧化物，阻隔外部热量和火焰向内传播。碱金属盐在抑制气体、粉尘燃爆方面具有优异的性能，碳酸氢钠（NaHCO3）是最具代表性的碱金属盐。FAN R J等10分析了 NaHCO3粉体对于甲烷-空气火焰层流燃烧速度的物理抑制作用以及 化 学 抑 制 作 用。JIANG H P 等11使 用 NaHCO3和NH4H2PO4粉体，研究其对于生物质粉尘以及铝粉尘爆炸的 抑 制 作 用。三 聚 氰 胺 聚 磷 酸 盐（MPP，mC3N6H6nH3PO4）作为一种新型氮磷协同系的阻燃剂，是一种发烟量低、腐蚀性小、阻燃效率高的新型绿色阻燃剂1
5、2。玉米淀粉颗粒氧化过程中，颗粒受热析出内部挥发分，进而燃烧导致火焰以能量释放13。因此，对于淀粉燃爆的抑制关键在于对其析出可燃气体的抑制。选用 Al（OH）3、NaHCO3以及 MPP 三种不同类别的惰性粉体，研究对玉米淀粉燃爆的抑制作用，为工业过程中的玉米淀粉燃爆事故的安全预防和控制提供一定的理论依据。1试验材料及方法1.1试验材料玉米淀粉中位粒径 17.1 m。Al（OH）3、NaHCO3、MPP纯度均为 99.9%以上。将玉米淀粉样品及三种惰性粉体在 50 oC 的真空干燥箱中干燥 12 h除去水分，之后将粉体（质量分数分别为 10%、20%、30%）加入样品中，得到 9 组混合粉体装
6、于聚乙烯密封袋中保存备用。将三种惰性粉体以质量分数 5%的梯度增加抑爆剂质量分数，得到使玉米淀粉不发生爆炸的抑爆剂最低添加浓度。1.2仪器及参数设置采用 STA 8000 热重分析仪对添加不同质量分数惰性粉体的玉米淀粉及玉米淀粉原样进行热分析测试。在空气气氛下样品从室温（30）升温至 800，升温速度为10/min，空气流量为 20 mL/min。采用 20 L 球形爆炸试验系统测定粉尘 Pmax（最大爆炸压力）以及（dP/dt）max（最大爆炸压力上升速率），计算得到 Kst（爆炸指数），设置点火延迟时间为 60 ms，进气压力为 2.0 MPa，点火方式采用化学点火头，点火能量 5 kJ。
7、为确保试验准确性，每组试验进行 35 次，并收集爆炸残留物备用。依据二者试验结果，分析出抑制效果最好的组别进行进一步试验。采用 FTIR-850 红外光谱分析仪对最优抑制效果组别以及淀粉原样爆炸残留物进行红外光谱分析，试验前将 KBr与爆炸残留物以 200：1的比例充分混合，将其研磨压成半透明状圆形薄片，放置于傅里叶红外分析仪中采集样品，测试范围为 4 000400 cm-1。1.3热分析动力学方法使 用 积 分 法 Coats-Redfern（C-R）模 型 和 微 分 法Achar-Brindley-Sharp-Wendworth（Achar）模型计算各组别快速反应阶段氧化动力学参数，通过
8、积分、微分法相互验证，以得到准确的计算结果。最终结果取两者计算的均值，动力学14方程见式（1）式（2）。CR模型15：lnG()T2=lnARE-ERT（1）Achar模型16：ln d/dtf()=ln A-ERT（2）式中：为转化百分率；G（）及 f（）为分别动力学机理函数的积分、微分形式；A 为指前因子；E 为活化能，kJ.mol-1；为恒定加热速率，K.min-1；R 为摩尔气体常量，8.314 J.mol-1.K-1；T为反应温度，K。2结果与讨论2.1氧化特性分析2.1.1特征温度分析试验样品 TGDTG 曲线如图 1图 3所示，曲线上存在 5 个特征温度点，分别是水分蒸发阶段的终
9、点（干裂温度 T1）、淀粉颗粒进入燃烧阶段的温度点（燃点温度 T2）、DTG 曲线的最大值温度点（最大失重速率温度 Tmax）、快速反应阶段的温度点（拐点温度 T3）和样品的质量趋于稳定时刻的温度点（燃尽温度 T4）。根据以上特征温度点，可以将玉米淀粉的燃烧氧化过程分为 4个阶段，分别为失水、过渡、快速反应和焦炭燃烧。温度/0 200 400 600质量分数100%80%60%40%20%0失重速率/min-15%0-5%-10%-15%-20%T1T2T3T4TGDTGTmax图 1 纯玉米淀粉Fig.1Pure corn starch根据图 1可以看出：玉米淀粉在氧化失重过程中包括4个阶段
10、，分别为失水、过渡、快速反应以及焦炭燃烧。在失水阶段的质量损失主要是所含自由水以及结合水的蒸发，淀粉有微小失重。玉米淀粉燃烧的过渡阶段几乎没有出现质量损失，因为此阶段主要是玉米淀粉本身的颗粒分解与重新组合。快速反应阶段是玉米淀粉质量损失温度/0 200 400 600 800质量分数100%80%60%40%20%0失重速率/min-13.2%0.0-3.2%-6.4%-9.6%T1T2T3T4TGDTGTmax12（a）添加 10%NaHCO3温度/0 200 400 600 800质量分数100%80%60%40%20%0失重速率/min-14.8%0.0-4.8%-9.6%-14.4%T
11、1T2T3T4TGDTGTmax12温度/0 200 400 600 800质量分数100%80%60%40%20%失重速率/min-17%0-7%-14%-21%T1T2T3T4TGDTGTmax12（b）添加 20%NaHCO3（c）添加 30%NaHCO3温度/0 200 400 600质量分数100%80%60%40%20%0失重速率/min-10.0-4.4%-8.8%-13.2%-17.6%T1T2T3T4TGDTGTmax温度/0 200 400 600质量分数100%80%60%40%20%0失重速率/min-13.6%0.0-3.6%-7.2%-10.8%T1T2T3T4TG
12、DTGTmax温度/0 200 400 600 800质量分数100%80%60%40%20%失重速率/min-14.6%0.0-4.6%-9.2%-13.8%T1T2T3T4TGDTGTmax（d）添加 10%Al（OH）3（e）添加 20%Al（OH）3（f）添加 30%Al（OH）3图 2添加不同质量分数 NaHCO3和 Al（OH）3的玉米淀粉的 TG-DTG 曲线Fig.2TG-DTG curves of corn starch with different mass fractions of NaHCO3 and Al（OH）3温度/0 200 400 600 800质量分数100
13、%80%60%40%20%失重速率/min-18.2%0.0-8.2%-16.4%-24.6%T1T2T3T4TGDTGTmax温度/0 200 400 600 800质量分数100%80%60%40%20%0失重速率/min-17.6%0.0-7.6%-15.2%-22.8%T1T2T3T4TGDTGTmax温度/0 200 400 600 800质量分数100%80%60%40%20%0失重速率/min-15.7%0.0-5.7%-11.4%-17.1%T1T2T3T4TGDTGTmax（a）添加 10%MPP（b)添加 20%MPP（c）添加 30%MPP图 3添加不同质量分数 MPP的
14、玉米淀粉的 TG-DTG 曲线Fig.3TG-DTG curves of corn starch with different mass fractions of MPP基金项目：甘肃省高等学校创新基金项目（2022A-201）1646消防科学与技术2023年 12 月第 42 卷第 12 期lnG()T2=lnARE-ERT（1）Achar模型16：ln d/dtf()=ln A-ERT（2）式中：为转化百分率；G（）及 f（）为分别动力学机理函数的积分、微分形式；A 为指前因子；E 为活化能，kJ.mol-1；为恒定加热速率，K.min-1；R 为摩尔气体常量，8.314 J.mol-1.
15、K-1；T为反应温度，K。2结果与讨论2.1氧化特性分析2.1.1特征温度分析试验样品 TGDTG 曲线如图 1图 3所示，曲线上存在 5 个特征温度点，分别是水分蒸发阶段的终点（干裂温度 T1）、淀粉颗粒进入燃烧阶段的温度点（燃点温度 T2）、DTG 曲线的最大值温度点（最大失重速率温度 Tmax）、快速反应阶段的温度点（拐点温度 T3）和样品的质量趋于稳定时刻的温度点（燃尽温度 T4）。根据以上特征温度点，可以将玉米淀粉的燃烧氧化过程分为 4个阶段，分别为失水、过渡、快速反应和焦炭燃烧。温度/0 200 400 600质量分数100%80%60%40%20%0失重速率/min-15%0-5
16、%-10%-15%-20%T1T2T3T4TGDTGTmax图 1 纯玉米淀粉Fig.1Pure corn starch根据图 1可以看出：玉米淀粉在氧化失重过程中包括4个阶段，分别为失水、过渡、快速反应以及焦炭燃烧。在失水阶段的质量损失主要是所含自由水以及结合水的蒸发，淀粉有微小失重。玉米淀粉燃烧的过渡阶段几乎没有出现质量损失，因为此阶段主要是玉米淀粉本身的颗粒分解与重新组合。快速反应阶段是玉米淀粉质量损失温度/0 200 400 600 800质量分数100%80%60%40%20%0失重速率/min-13.2%0.0-3.2%-6.4%-9.6%T1T2T3T4TGDTGTmax12（a
17、）添加 10%NaHCO3温度/0 200 400 600 800质量分数100%80%60%40%20%0失重速率/min-14.8%0.0-4.8%-9.6%-14.4%T1T2T3T4TGDTGTmax12温度/0 200 400 600 800质量分数100%80%60%40%20%失重速率/min-17%0-7%-14%-21%T1T2T3T4TGDTGTmax12（b）添加 20%NaHCO3（c）添加 30%NaHCO3温度/0 200 400 600质量分数100%80%60%40%20%0失重速率/min-10.0-4.4%-8.8%-13.2%-17.6%T1T2T3T4T
18、GDTGTmax温度/0 200 400 600质量分数100%80%60%40%20%0失重速率/min-13.6%0.0-3.6%-7.2%-10.8%T1T2T3T4TGDTGTmax温度/0 200 400 600 800质量分数100%80%60%40%20%失重速率/min-14.6%0.0-4.6%-9.2%-13.8%T1T2T3T4TGDTGTmax（d）添加 10%Al（OH）3（e）添加 20%Al（OH）3（f）添加 30%Al（OH）3图 2添加不同质量分数 NaHCO3和 Al（OH）3的玉米淀粉的 TG-DTG 曲线Fig.2TG-DTG curves of co
19、rn starch with different mass fractions of NaHCO3 and Al（OH）3温度/0 200 400 600 800质量分数100%80%60%40%20%失重速率/min-18.2%0.0-8.2%-16.4%-24.6%T1T2T3T4TGDTGTmax温度/0 200 400 600 800质量分数100%80%60%40%20%0失重速率/min-17.6%0.0-7.6%-15.2%-22.8%T1T2T3T4TGDTGTmax温度/0 200 400 600 800质量分数100%80%60%40%20%0失重速率/min-15.7%0
20、.0-5.7%-11.4%-17.1%T1T2T3T4TGDTGTmax（a）添加 10%MPP（b)添加 20%MPP（c）添加 30%MPP图 3添加不同质量分数 MPP的玉米淀粉的 TG-DTG 曲线Fig.3TG-DTG curves of corn starch with different mass fractions of MPP1647Fire Science and Technology,December 2023,Vol.42,No.12最快的阶段，该阶段玉米淀粉燃烧产生大量挥发分，质量迅速减少。焦炭燃烧阶段玉米淀粉质量损失速率减缓直至反应结束。如图 2（a）图 2（c）所
21、示，添加 NaHCO3后，玉米淀粉的失水阶段延长，且该阶段出现 2个明显的失重峰。结合NaHCO3自身的热分解特性，可分为两个阶段。第一个阶段是玉米淀粉水分蒸发，第二个阶段是受热分解。在添加 NaHCO3后，燃烧过程中的过渡阶段缩短，而其快速反应阶段明显延长。焦炭燃烧阶段，DTG 曲线出现一个明显的失重峰，推测是焦炭破裂导致。添加 NaHCO3后，玉米 淀 粉 的 T1、T3和 T4平 均 提 高 了 29.4%、37.3%和41.0%，NaHCO3能够提高玉米淀粉的热稳定性，减缓玉米淀粉的氧化过程，降低玉米淀粉的最大失重速率。因此，NaHCO3抑爆玉米淀粉是通过延长燃烧反应时长，降低玉米淀粉
22、燃烧对温度的敏感度，减缓反应速率实现抑爆。如图 2（d）图 2（f）所示，随着 Al（OH）3质量分数的增大，快速反应阶段失重率降低，且最大失重速率降低。玉米淀粉的失重率从 99.52%下降至 74.08%，说明添加Al（OH）3可以提高玉米淀粉热稳定性，减缓氧化进程，降低反应速率。结合 Al（OH）3自身的热分解特性分析，Al（OH）3在 300 时吸热，生成的产物覆盖在玉米淀粉表面，形成物理包覆效应，阻碍了氧气与玉米淀粉接触，从而抑制玉米淀粉氧化反应。如图 3（a）图 3（c）可知，添加 MPP 后的 T2、T3略高于玉米淀粉原样，MPP的添加可以延长快速反应阶段，增加最大失重速率。根据
23、MPP热特性分析，MPP和玉米淀粉同时失重，导致了失重叠加。当温度达到 Tmax后，TG曲线的斜率减小，失重及氧化速率减缓。当添加质量分数为 30%的 MPP时，焦炭燃烧阶段出现一个尖锐的失重峰。结合 MPP自身的热分解特性可知，是 MPP受热分解释放出 NH3和焦磷酸时出现的进一步脱水现象。2.1.2氧化动力学分析采用文献 17 报道的 9种常见机理函数带入模型中，分别对 ln（G（）/T2）和 ln（d/dT）/f（）-1/T进行分析，得到反应阶段的表观活化能（Ea）。根据代入不同机理函数得到的 R2值，选择拟合度最高的确定为最概然机理函数。Ea越高，化学反应越难发生。9种不同组分的快速反
24、应阶段表观活化能如表 1所示，得出玉米淀粉在快速反应阶段的表观活化能为 72.08 kJ.mol-1。添加 NaHCO3明显提高了快速反应阶段的活化能，平均提高了 92.9%。因为碳酸氢钠自身会受热分解，反应生成难燃物，难燃物会覆盖在玉米淀粉表面，稀释了玉米淀粉，阻碍了玉米淀粉与氧气的接触，使玉米淀粉失重速率减缓，从而提高玉米淀粉氧化反应阶段的困难程度。添加 Al（OH）3后的 Ea较原样提高了 323.8%，这是由于 Al（OH）3热解后的产物在玉米淀粉表面形成一层致密的氧化膜，阻止了玉米淀粉与氧气接触，从而抑制玉米淀粉的氧化反应进程，降低玉米淀粉氧化失重速率，提高 Ea大小。添加 MPP
25、后，Ea提升至玉米淀粉本身的 1.5倍，当反应温度升高，MPP开始分解时，生成的三聚氰胺以及聚磷酸盐氧化物，抑制了玉米淀粉的氧化，减缓了玉米淀粉氧化失重速率。和其他两种惰性粉体相比，MPP 对于 Ea的影响并不大，因为 MPP 和聚磷酸盐会进一步分解，生成不燃气体及高沸点产物。2.2爆炸特性分析通过前期的多次试验，玉米淀粉的最佳爆炸浓度是750 g/m3，故设定玉米淀粉的质量浓度为 750 g/m3。在空气预混气体爆炸条件下，将 Al（OH）3、NaHCO3以及 MPP以 10%、20%和 30%的质量分数添加至 750 g/m3的玉米淀粉中，爆炸压力与时间关系曲线如图 4所示。根据表 2对比
26、发现：质量浓度为 750 g/m3的玉米淀粉的 pmax为 0.774 MPa，（dp/dt）max为 36.01 MPa.s1，Kst为9.77 MPa.m.s1。随着 NaHCO3质量分数逐渐增大，爆炸特性参数逐步减小，说明其添加能够有效抑制玉米淀粉的爆炸强度。当 NaHCO3添加的质量分数达到 30%时，其 pmax为 0.408 MPa，较原样下降 47.3%。Al（OH）3添加表 1添加不同惰性粉体的玉米淀粉快速反应阶段表观活化能Table 1The apparent activation energy of corn starch in the rapid reaction sta
27、ge with different inert powders 样品名称CSCS+10%NaHCO3CS+20%NaHCO3CS+30%NaHCO3CS+10%Al（OH）3CS+20%Al（OH）3CS+30%Al（OH）3CS+10%MPPCS+20%MPPCS+30%MPPEa/kJ/molAchar法72.50146.74128.9393.27307.64349.14259.6681.14121.28121.81CR法71.65167.60163.27134.37361.17372.36363.8983.95112.53101.86平均值72.08157.17146.10113.823
28、34.41360.75311.7882.55116.91111.84时间/s0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5爆炸压力/MPa1.00.80.60.40.20.0CS10%NaHCO3+CS20%NaHCO3+CS30%NaHCO3+CS10%Al（OH）3+CS20%Al（OH）3+CS30%Al（OH）3+CS10%MPP+CS20%MPP+CS30%MPP+CS50%NaHCO3+CS70%Al（OH）3+CS45%MPP+CS图 4添加不同惰性粉体下的玉米淀粉爆炸压力与时间关系曲线Fig.4Relation curve of explosion pressu
29、re and time of corn starch with different inert powders1648消防科学与技术2023年 12 月第 42 卷第 12 期组也显示出同样的趋势，当添加的质量分数达到 30%时，pmax为 0.416 MPa，相较于原样下降 46.3%。观察 MPP 抑爆组可得，当添加 30%质量分数的 MPP 时，爆炸特性参数高于添加 20%的 MPP，根据 MPP 热特性分析推测，MPP会生成一定量的气体，燃烧会释放出过量燃烧热，最终导致 pmax增大。因此，20%质量分数的 MPP 对于玉米淀粉的抑爆效果最佳，比未添加下降了 53.9%，（dp/dt）
30、max和 Kst分别为 6.12 MPa.s1和 1.66 MPa.m.s1当 NaHCO3的质量分数增加时，玉米淀粉的粉尘云浓度被稀释，抑爆剂的分解产物阻碍了反应空间内的热量，减缓了玉米淀粉颗粒的燃烧速率。Al（OH）3的分解过程能够吸收热量，阻止氧气向玉米淀粉颗粒内部扩散从而抑爆。MPP分解过程中同样可以吸收反应区释放的热量，从而降低火焰温度，阻止玉米淀粉受热气化。MPP受热分解释放出 NH3，NH3生成 N2和水进一步抑爆。为进一步确定三种抑爆剂对玉米淀粉的最佳抑制质量分数，以 5%为梯度增加抑爆剂，结果表明：当添加 50%的 NaHCO3时，爆炸压力为 0.133 MPa；当添加 70
31、%的 Al（OH）3时，爆炸压力为 0.125 MPa；当添加 45%的 MPP时，爆炸压力为 0.117 MPa。综上所述：质量分数为 45%的 MPP为最佳抑制粉体。2.3惰性粉体抑制玉米淀粉微观机制综合分析添加惰性粉体对玉米淀粉特性温度、氧化动力学参数以及爆炸特性参数的影响，最终确定质量分数为 20%的 MPP添加组最佳抑制组别，通过傅里叶红外变化光谱分析样品爆炸残留物活性官能团变化情况，以确定 MPP的抑制机理。如图 5所示，可以看出，爆炸残留物内的主要官能团包含-OH、-CH3、-CH2-、C-O 以及 C=C 等。将各个子峰的含量依次累加，从而获得每个谱带官能团的总含量。爆炸残留物
32、的官能团主要分为 4大类：3 7003 200 cm-1为羟基结构、3 0001 300 cm-1为脂肪族结构、1 200850 cm-1为含氧官能团结构以及770690 cm-1为芳香族结构。如图 6所示，添加 MPP后，样品残留物羟基含量比例下降 85.84，与原样相比下降了 29.9%。这主要因为 MPP热分解过程中会产生部分活性自由基，如 PO 及 HPO 等。活性自由基能够消耗 OH，导致 OH 数目出现大幅度下降。含 O 官能团的数目有所减小，这主要是因为玉米淀粉氧化过程中，其受到的影响较小，并且在该过程中伴随着不断消耗和生成。脂肪族和芳香族结构含量分别高于原样 141.6 和 2
33、8.34，脂肪族结构在其氧化过程中会产生可燃气体，芳香族在受热过程中也逐渐转换为短链烃。因此，MPP 能够减缓淀粉脂肪族、芳香族的消耗，抑制氧化过程挥发分的生成。3结论1）添加 NaHCO3后玉米淀粉的 T1、T3和 T4提高，最大表 2样品爆炸特性参数Table 2Explosion characteristic parameters of the samples样品CS10%NaHCO3+CS20%NaHCO3+CS30%NaHCO3+CS10%Al（OH）3+CS20%Al（OH）3+CS30%Al（OH）3+CS10%MPP+CS20%MPP+CS30%MPP+CS最大爆炸压力pmax
34、/MPa0.7740.6330.4190.4080.6340.4290.4160.4220.3570.410最大爆炸压力升压速率（dp/dt）max/MPa.s-136.0119.367.475.1010.198.838.158.496.126.79爆炸指数Kst/MPa.m.s-19.775.262.031.382.772.402.212.301.661.84波数/cm-14 000吸光度0.80.60.40.20.0原始谱图拟合峰拟合曲线3 500 3 000 2 500 2 000 1 500 1 000500-OH糖类 CH3、CH2及 CH伸缩振动糖类 CH3、CH2变角振动C=CC
35、-HC-OR2=0.988 38（a）玉米淀粉原样波数/cm-14 000吸光度0.80.60.40.20.0原始谱图拟合峰拟合曲线3 500 3 000 2 500 2 000 1 500 1 000500-OH糖类 CH3、CH2变角振动糖类 CH3、CH2及 CH伸缩振动C=C取代苯C-OR2=0.992 96（b）最优抑制组别玉米淀粉图 5红外光谱拟合曲线Fig.5Fitting curve of infrared spectrum-OH拟合面积300250200150100500脂肪族含氧官能团芳香族CS20%MPP+CS图 6爆炸残留物主要官能团含量对比Fig.6Area comp
36、arison of major functional groups of explosive residues1649Fire Science and Technology,December 2023,Vol.42,No.12失重及燃烧反应速率慢于玉米淀粉原样；添加后玉米淀粉的氧化速率降低，从而提高玉米淀粉的热稳定性；添加MPP 可以延长玉米淀粉的快速反应阶段，提高玉米淀粉的热稳定性。2）添加少量粉体时，20%质量分数的 MPP 粉体抑制玉 米 淀 粉 燃 爆 最 佳，较 玉 米 淀 粉 自 身 爆 炸 压 力 下 降53.9%，（dp/dt）max和 Kst分别为 6.12 MPa.s1和
37、1.66 MPa.m.s1。Ea为 116.91 kJ.mol-1，较原样提高了 62.2%。3）MPP对于玉米淀粉燃烧爆炸的抑制主要在于生成的 H3PO4能够使淀粉颗粒脱水炭化，阻止其进一步氧化，NH3、H2O 等气态产物能够减小空间内氧气浓度，并产生PO、HPO 等与淀粉氧化过程产生的 H、OH发生自由基反应，阻断燃烧链式反应，延缓淀粉的氧化进程，抑制其产生挥发分。4）添加 45%质量分数的 MPP 可完全抑爆玉米淀粉的 爆 炸，MPP 的 最 小 完 全 抑 爆 浓 度 低 于 Al（OH）3和NaHCO3，对工业应用有参考作用。参考文献：1 梁瑞,李雷,李珍宝,等.粮食粉尘燃爆特性及防
38、控措施研究进展J.应用化工,2021,50(7):1894-1899.2 VASSILEV S V,VASSILEVA C G,VASSILEV V S.Advantages and disadvantages of composition and properties of biomass in comparison with coal:An overviewJ.Fuel,2015,158:330-350.3 陈龙凤.高直链玉米淀粉的提取、性质与应用的研究D.泰安:山东农业大学,2018.4 奚涛,贾娟敏,魏宝芝.农副产品加工企业粉尘防爆安全隐患分析及整治措施J.电气防爆,2019(2):8
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44、on the inhibition effect of inert powder on the corn starch combustion and explosionShi Zhaowei1,Zhao Limin1,Zhao Yang1,Li Zhenbao2(1.School of of Emergency Management,Lanzhou Resources and Environment Voc-Tech University,Gansu Lanzhou 730021,China;2.School of Petrochemical Technology,Lanzhou Univer
45、sity of Technology,Gansu Lanzhou 730050,China)Abstract:The inhibitory effects of different kinds and concentrations of inert powders on corn starch explosion were investigated by the thermo-gravimetric analyzer and 20 L explosion ball experiment system.And the optimal ratio is determined.The explosi
46、ve residue of the sample was analyzed by Fourier transform spectroscopy.The change of active functional groups before and after detonation suppression was quantitatively characterized.The mechanism of detonation suppression of inert powder was analyzed.The results showed that NaHCO3,Al（OH）3 and mela
47、mine polyphosphate can reduce the oxidation rate of corn starch,increase the difficulty of its oxidation reaction,and reduce the risk of explosion.Melamine polyphosphate of 20%mass fraction was determined as the optimal inhibition powder.It can generate PO,HPO etc.and react with H and OH,breaking th
48、e combustion chain reaction,delaying the oxidation process of starch,and inhibiting the production of volatile matter.Key words:corn starch;detonation characteristics;explosion suppressor;explosion pressure;inhibition mechanism作者简介：史兆伟（1985-），男，陕西岐山人，兰州资源环境职业技术大学应急管理学院院长，副教授，主要从事应急和安全管理的研究，甘肃省兰州市城关区窦家山 36号，730021。收稿日期：2023-07-18（责任编辑：梁兵）1650
