基于量子化学理论,利用过渡态方法和吸附理论对硅藻土抑制瓦斯爆炸机理进行了分析。以甲烷氧化初始链式反应为切入点,分析了硅藻土中两种主要硅醇(孤立硅醇和连生硅醇)与其关键中间产物(·H、·OH 和 HCHO)的相互作用。从动力学角度,利用反应能垒和反应速率常数随温度变化(25˚C~1000˚C)的相互关系说明了硅藻土与自由基反应对链式反应的影响;从吸附角度,利用吸附能和弱相互作用可视化分析说明了硅藻土对HCHO的物理吸附所属弱相互作用类型及吸附对链式反应的影响。结果表明:1、硅藻土中的两种常见结构——孤立硅醇和连生硅醇,在与自由基的反应中表现出不一样的性质。其中连生硅醇具备更好的抑制效果,在31˚C时,便开始影响链式反应;在122˚C时,与对应甲烷氧化链式反应达到相同速率,有效减弱链式反应;在259˚C及更高温度时,有效抑制链式反应(为链式反应速率的10倍以上)。2、硅藻土由于表面的极性羟基结构,两种模型均能与HCHO形成较为稳定的氢键结构。其中,孤立硅醇具备更高的原子利用率,而连生硅醇则吸附性能更强一些(两者相差约0.9 kJ/mol)。3、连生硅醇不论在消耗自由基方面还是吸附HCHO方面均具备较好的效果。即天然硅藻土可以通过增加连生硅醇浓度以加强抑制效果。4、参考连生硅醇抑制机理,在未来筛选新型抑制剂时,可将表面极性羟基浓度作为评选标准之一。
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