Zn/Mg/Al层状双氢氧化物/煤纳米复合矿物材料制备与阻燃性能研究

以煤炭自燃防治和新型无卤阻燃材料为应用背景，基于煤的特殊纳米孔隙结构和煤基腐植酸分子的酸性官能团结构，在超细煤的纳米孔道中原位合成腐植酸柱撑金属双氢氧化物(LDHs)，制备具有自修复功能的Zn/Mg/Al- LDHs/煤纳米复合阻燃矿物材料。研究Zn/Mg/Al-LDHs在煤大分子网络及孔隙受限条件下合成腐植酸原位柱撑纳米结构LDHs的方法，探讨控制晶形结构特征、热稳定性及阻燃性能的关键因素。阐明该纳米矿物阻燃材料的结构、热性能与其阻燃性能的关系；研究腐植酸对Zn/Mg/Al-LDH插层作用及对其热性能的影响，分析其热分解过程及其热效应与温度的关系，揭示Zn/Mg/Al-LDHs结构自修复功能和预防煤自燃的作用机理。为开拓该纳米复合矿物材料在煤炭自燃防治中的应用提供理论支持，为无卤阻燃新材料制备提供基础研究数据及新方法。

以煤炭自燃防治和新型无卤阻燃材料为应用背景，基于煤特殊纳米孔隙结构和官能团结构特征，探讨了Zn/Mg/Al-LDHs/煤纳米复合材料(CLCs)的制备方法及影响因素。研究成果对新型矿物功能材料制备及其应用具有重要的理论意义和应用价值。.系统研究了低温氧化对神府煤(SFC)腐植酸产率及其各级分腐植酸含量分布的影响，以及低温氧化、脱灰及脱腐植酸等预处理对SFC孔结构分布的影响。预处理SFC中孔增加、比表面积减小。.Zn/Mg/Al-CO3-LDHs层板沿着腐植酸的表面弯曲生长导致球形团簇状Zn/Mg/Al-HAs-LDHs复合材料的形成。微波、超声辅助共沉淀法可提高Zn/Mg/Al-LDHs晶体颗粒的均匀性、使粒径减小、团聚降低。Zn/Mg/Al-LDHs的热稳定性与其中的金属元素的比例有关。.采用原位共沉淀法方法合成了Zn/Mg/Al-LDHs/ SFC（CLCs）纳米复合材料。CLCs复合材料的结晶度随煤的质量分数的增加而降低。改变煤低温氧化温度和Zn/Mg/Al-LDHs晶化时间，可以对CLCs复合材料表面Zn/Mg/Al-LDHs的形貌进行调控，其调控机理为煤表面官能团对金属离子络合与孔道吸附之间耦合作用。.当Zn2Al1-CO3-LDHs、Mg2Al1-CO3-LDHs、Zn、Mg1Al1-CO3-LDHs以物理混合方式加入SFC，添加量分别为3%、5%和15%时，SFC自燃临界温度较高。当Zn1Mg2Al1-CO3-LDHs以纳米纤维状复合分散于SFC时，预防煤炭自燃效果最好，这主要归因于在煤炭自燃过程中，CLCs可形成致密的金属氧化物-碳（LDOs-C）阻隔层。Zn/Mg/Al-LDHs和CLCs预防煤炭自燃的机理为煤低温氧化放热过程与LDHs和CLCs吸热分解过程耦合作用。CLCs复合材料具有独特的自修复性能。. 用双螺杆挤出法制备CLCs/EVA复合材料。用热释放速率、氧指数和UL94阻燃级别等指标评价了CLCs/EVA的阻燃特性，发现CLCs复合材料具有高效、抑烟作用。CLCs/ EVA复合材料的阻燃性能随CLCs的填充量的增加而增加，因此，LDHs和SFC之间具有协同阻燃效应。CLCs在CLCs/ EVA复合材料中呈现增强增韧作用。