催化吸附型复合粉体CuO-CeO2/CaO的抑爆和气体消融研究
张雷林
任柯
虞勇
安徽理工大学 煤炭高效开采省部共建教育部重点实验室,安徽 淮南 232001;安徽理工大学 安全科学与工程学院,安徽 淮南 232001
摘要：煤矿瓦斯爆炸事故不仅会产生巨大冲击波,还会生成大量有毒有害气体CO,严重影响了矿井安全生产环境.为实现抑爆和气体消融的双重防护目的,以CuO-CeO2 复合氧化物为CO催化剂,CaO为CO2 吸附剂,采用固相浸渍和热分散相结合的方法制备了掺杂CaO的催化吸附型复合粉体CuO-CeO2/CaO.通过升温和恒温气体反应试验探究了H2O和CaO掺入量对其催化吸附性能的影响,利用 X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、拉曼光谱仪和扫描电子显微镜对CuO-CeO2/CaO的物理化学结构进行了表征,通过 20 L球形爆炸测试仪和气相色谱仪分析了不同粉体的抑爆和气体消融性能.结果表明:CaO的掺杂降低了H2O和CO2 对CuO-CeO2/CaO的负面影响,促进了表面氧空位的形成和Cu-Ce之间的相互作用,进而提高了CO催化性,使其在120℃左右可完全氧化CO,且当CaO的掺入量质量分数为 15%时,其CO催化性和CO2 吸附性最高.相比等质量Al2O3 和CuO-CeO2 粉体,CuO-CeO2/CaO复合粉体的抑爆和气体消融能力更强,具体表现为加入CuO-CeO2/CaO后,瓦斯爆炸的最大爆炸压力、最大压力上升速率和爆燃指数均达到最低,分别为 0.483 MPa、7.60 MPa/s和 2.1 MPa·m/s,其CO和CO2 消除率达到最高,分别为89.1%和95.3%.研究证实了复合粉体CuO-CeO2/CaO在利用其催化吸附性消除CO和CO2 的同时,通过中断链式反应、稀释窒息作用和吸附产物的吸热作用降低了瓦斯爆炸压力,为降低瓦斯爆炸危险性提供了新的思路.
关键词：瓦斯爆炸抑爆气体消融复合粉体催化吸附性
分类号：X932(安全工程)
资助基金：国家自然科学基金(52474202)国家自然科学基金(51874008)安徽省自然科学基金杰青资助项目(2408085J032)
论文发表日期：2025-12-31
在线出版日期：2026-01-16（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：13( 122-134 )
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