滅火器中使用哪些化學物質?它們如何滅火?

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此答案由美國國家標準與技術研究院(NIST)建築與火災研究實驗室火災感測與撲滅小組負責人 William L. Grosshandler 提供。

手持式滅火器可防止小火災。

滅火器含有不同的化學物質,具體取決於應用。手持式滅火器通常在五金店出售,用於廚房或車庫,它們用氮氣或二氧化碳 (CO2) 加壓,以將一股滅火劑噴射到火中。活性物質可以是粉末,如碳酸氫鉀 (KHCO3)、液態水、揮發性氟碳化合物或推進劑本身。直到最近,用於此應用的最有效和最常見的氟碳化合物是二氟一氯一溴甲烷 (CF2ClBr),稱為哈龍 1211。然而,根據國際協議,所有型別的哈龍的生產於 1994 年停止,因為發現化學物質中的溴和氯原子會隨著時間的推移遷移到平流層,在那裡它們發生反應,以非常有效的催化迴圈消耗臭氧。


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許多滅火系統都內建在受保護的建築物或其他結構中。灑水噴頭是迄今為止最常見的固定系統型別,因為它們價格低廉、高度可靠且對人安全。但是,在某些情況下,水損害是不可容忍的(例如,在計算機房中);有時是無效的(燃料儲存系統);並且在重量和空間有限的地方(在飛機上)是不切實際的。在這些情況下,滅火器使用不同的材料——那些用滅火氣體淹沒受保護隔間的材料。CO2 效果很好,但在撲滅火災所需的濃度下是致命的,因此不能在有人在場的地方使用。三氟溴甲烷(CF3Br 或哈龍 1301)是哈龍 1211 的近親,但沸點和毒性水平低得多——這些特性使哈龍 1301 成為灑水噴頭無法使用的應用場合的首選滅火化學物質。

哈龍的逐步淘汰導致政府和行業研究人員爭先恐後地尋找環境友好的替代品。尚未發現任何一種替代品具有哈龍 1211 和哈龍 1301 的所有優點。訣竅在於,哈龍分子中的溴原子和氯原子——正是那些對平流層臭氧造成如此大破壞的原子——也是氫原子的極具侵略性的清除劑,氫原子是維持燃燒鏈式反應的關鍵。實際上,當哈龍在火災的熱量中分解時,會釋放出溴原子和氯原子,從而建立一個涉及 HBr 和 HCl 的催化迴圈;該迴圈將活性氫原子轉化為穩定的 H2 分子,從而打破鏈式反應。

製造商已經推出了一系列不含氯或溴的新型化學品,稱為氫氟碳化合物 (HFC),它們具有與哈龍相似的物理特性,並且沒有臭氧消耗潛能。但是,由於缺少 Br 或 Cl 原子,HFC 無法像哈龍那樣有效地破壞燃燒反應。HFC 以類似於 CO2 或 N2 的方式滅火——透過吸收熱量和降低氧氣濃度。即便如此,幾家不同的公司正在銷售諸如 CHF3、C2HF5 和 C3HF7 等 HFC,用於各種應用。

尋找哈龍替代品的需求仍然存在。研究人員正在積極尋求各種材料——包括含鐵和磷的化合物以及氫氟碳化合物——這些材料具有抑制火焰的能力。他們還在開發更好的方法來排放更傳統的化學物質,如 H2O、N2 和 CO2。例如,一個想法是使用固體推進劑來產生惰性氣體混合物——這種方法與汽車安全氣囊系統相同。這種系統在啟動時,會像吹滅蠟燭一樣撲滅火焰。

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