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多孔纳米金属氧化物吸附火灾烟气的模拟分析
| 论文题名： | 多孔纳米金属氧化物吸附火灾烟气的模拟分析 |
| 关键词： | 机舱火灾烟气;多孔纳米材料;金属氧化物;吸附性能 |
| 摘要： | 机舱空间相对狭小且较为封闭。通常其内部储有大量燃油及其它可燃物，一旦发生火灾，即会在短时间内产生大量烟气并充满整个舱室。烟气中含有许多致命性的有毒气体和碳烟颗粒，给舱内人员逃生和火灾扑救造成很大的困难。如果能够找到一种能对火灾烟气进行有效吸附的材料，则对于降低火灾危害性以减少生命财产损失具有十分重要的意义。 本文从如何对机舱火灾烟气进行有效吸附这个思路出发，选取三种较为典型且在物化性质和吸附性能方面表现优异的多孔纳米金属氧化物材料（ TiO2、MgO和γ-Al2O3）。采用分子模拟的方法，基于Materials Studio（MS）软件平台，分别模拟计算这三种多孔纳米金属氧化物对火灾烟气中典型组分的吸附性能，并进行横向对比分析研究。后基于某船机舱火灾简化模型，模拟计算某多孔纳米金属氧化物在实际火灾中的烟气吸附性能。本文的具体工作包括： 1.构建烟气中典型组分如CO2、SO2等有害气体吸附质模型。同时参考相关文献对碳烟成分及结构进行简化，并构建了某纳米尺度环状碳烟颗粒模型。 2.建立TiO2、MgO和γ-Al2O3U667.6模型并进行几何结构优化，在此基础上构建孔径为4 nm且比表面积相近的多孔纳米金属氧化物模型。 3.采用分子模拟中的蒙特卡洛方法，分别模拟计算T=350 K时，三种多孔纳米金属氧化物对火灾烟气各组分的吸附性能，同时分析讨论了压力对多孔纳米金属氧化物吸附性能的影响。结果显示多孔纳米 TiO2和 MgO材料的吸附性能优于多孔纳米γ-Al2O3，且多孔纳米MgO的吸附性能和TiO2相近。并结合资源储备、材料制备工艺和物化性质等方面的因素进行综合横向对比分析。比较发现选取多孔纳米 MgO作为火灾烟气吸附剂相比其它两种材料具有较明显的优势。 4.基于某船机舱火灾简化模型，理论计算了火灾烟气中各个典型组分所占的分压比重，量化计算了多孔纳米 MgO对火灾烟气各组分在单组份和混合状态下的吸附性能。结果显示，CO2、CO、NO和碳烟颗粒等吸附力较强的烟气组分在混合状态时的吸附性能要强于相同条件下的单组份吸附，并对其原因进行了分析讨论。同时还发现，多孔纳米MgO对火灾烟气的吸附性能受温度影响较大。以CO2为例，当温度从300 K分别上升到350 K和500 K时，多孔材料对CO2吸附量的下降幅度分别为12.49％、78.85%。 本文对多孔纳米金属氧化物的火灾烟气吸附性能进行了模拟分析，其研究结果为机舱火灾烟气吸附剂的选材提供了研究思路，并可为火灾烟气吸附剂的合理投放时间提供理论参考。 |
| 作者： | 王波 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 苏石川 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏科技大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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