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Inhibition mechanism and effect assessment of alkali (Earth) metal compound-based inhibitors on aluminum hydride explosion
Chemical Engineering Journal ( IF 13.3 ) Pub Date : 2024-11-19 , DOI: 10.1016/j.cej.2024.157771 Chenlu Xue, Haipeng Jiang, Jiafeng Cheng, Wei Gao
Chemical Engineering Journal ( IF 13.3 ) Pub Date : 2024-11-19 , DOI: 10.1016/j.cej.2024.157771 Chenlu Xue, Haipeng Jiang, Jiafeng Cheng, Wei Gao
Safe production and widespread application of AlH3 are limited by unstable hydrogen evolution and explosion risk. Alkali (earth) metal compounds, A(E)MCs, are promising materials for inhibiting AlH3 explosions due to abundant reserves, low toxicity, and environmentally friendly. Currently, systematic evaluation of explosion inhibition effect (EIE) and understanding of inhibition mechanism is lacking. This study examines the inhibition behavior of 16 A(E)MCs for AlH3 explosions using thermal properties of A(E)MCs to select inhibitors, and EIE of different groups on AlH3 is analyzed. Notably, KH2PO4 effectively reduces explosion intensity to 0.53 MPa·m/s, with the maximum pressure and maximum pressure rise rate of 0.68 MPa and 4.63 MPa/s. EIE can be quantitatively described by relative changes in particle Al2O3, and preventing the formation of particle Al2O3 can be effective in improving EIE. Combining characterizations and simulation results reveals that A(E)MCs inhibit AlH3 explosions in both chemical and physical ways. Further, the synthesized composite inhibitor KH2PO4/SiO2, which adsorbs flame radicals, reduces explosion intensity by 92.23 % and enhances EIE by 4.33 %. We hope our work can provide theoretical support for the safe application of hydrogen storage materials and the quantitative assessment of EIE.
中文翻译:
碱(土)金属化合物基抑制剂对氢化铝爆炸的抑制机理及效果评价
AlH3 的安全生产和广泛应用受到不稳定的析氢和爆炸风险的限制。碱(土)金属化合物 (A(E)MCs) 储量丰富、毒性低且环保,是抑制 AlH3 爆炸的有前途的材料。目前,缺乏对爆炸抑制效应 (EIE) 的系统评价和对抑制机制的理解。本研究利用 A(E)MCs 的热特性来选择抑制剂,研究了 16 种 A(E)MCs 对 AlH3 爆炸的抑制行为,并分析了不同基团对 AlH3 的 EIE。值得注意的是,KH2PO4 有效地将爆炸强度降低到 0.53 MPa·m/s,最大压力和最大压力上升速率分别为 0.68 MPa 和 4.63 MPa/s,EIE 可以用颗粒 Al2O3 的相对变化来定量描述,阻止颗粒 Al2O3 的形成可以有效提高 EIE。结合表征和模拟结果表明,A(E)MCs 以化学和物理方式抑制 AlH3 爆炸。此外,合成的复合抑制剂 KH2PO4/SiO2 可吸附火焰自由基,将爆炸强度降低 92.23 %,并将 EIE 提高 4.33 %。希望我们的工作能为储氢材料的安全应用和 EIE 的定量评估提供理论支持。
更新日期:2024-11-20
中文翻译:
碱(土)金属化合物基抑制剂对氢化铝爆炸的抑制机理及效果评价
AlH3 的安全生产和广泛应用受到不稳定的析氢和爆炸风险的限制。碱(土)金属化合物 (A(E)MCs) 储量丰富、毒性低且环保,是抑制 AlH3 爆炸的有前途的材料。目前,缺乏对爆炸抑制效应 (EIE) 的系统评价和对抑制机制的理解。本研究利用 A(E)MCs 的热特性来选择抑制剂,研究了 16 种 A(E)MCs 对 AlH3 爆炸的抑制行为,并分析了不同基团对 AlH3 的 EIE。值得注意的是,KH2PO4 有效地将爆炸强度降低到 0.53 MPa·m/s,最大压力和最大压力上升速率分别为 0.68 MPa 和 4.63 MPa/s,EIE 可以用颗粒 Al2O3 的相对变化来定量描述,阻止颗粒 Al2O3 的形成可以有效提高 EIE。结合表征和模拟结果表明,A(E)MCs 以化学和物理方式抑制 AlH3 爆炸。此外,合成的复合抑制剂 KH2PO4/SiO2 可吸附火焰自由基,将爆炸强度降低 92.23 %,并将 EIE 提高 4.33 %。希望我们的工作能为储氢材料的安全应用和 EIE 的定量评估提供理论支持。