【摘要】 为了直观地表征其缓释性能，使用Quanta 250扫描电子显微镜（SEM）观察了PAA/SA-CC和具有和不具有抑制作用的煤样品的微观形貌。

聚（丙烯酸）/海藻酸钠超吸收剂（PAA/SA）因其优异的控水性、生物降解性和无毒性等性能，被认为是一种很有前途的药理学应用材料，可作为煤自燃化学抑制剂的理想载体和缓释泵。儿茶素（CC）是从绿茶植物中提取的天然多酚，在包括生物医学在内的多个研究领域具有重要价值，抗衰老和食品科学，因为其具有强大的抗氧化活性。此外，如先前研究所述，（+）-儿茶素可以通过在氧化过程中消除关键的过氧自由基，作为一种高效的煤自燃化学抑制剂。充分考虑PAA/SA和CC的特点，提出了一种缓释型复合抑制剂。

 

PAA/SA-CC复合抑制剂的设计目的是通过实现聚合物对高活性化学抑制剂的笼状包裹和缓释功能来实现协同作用，如图1所示。关于多组分相互作用的形式，我们可以看到CC均匀地嵌入由PAA链和SA链交联的致密三维网络结构中，这可以保护CC的抑制活性不被过量的动态氧耗尽。随着温度的升高，三维交联网络逐渐解聚并变得稀疏，因此，内部活性CC持续释放到周围的煤-氧相互作用体系中，Dou等人[1]通过消除关键的连接自由基（即ROO•，RO•，•OH），切断煤氧化的自由基链式反应，减少二次活性位点的形成，可以连续提供活性羟基和进一步的氢自由基，使煤氧化的活性位点失活。在PAA/SA-CC缓释特性的基础上，它不仅可以结合PAA/SA和CC的抑制特性，还可以通过提高CC的有效利用率和抑制效率来实现协同作用。

 

图1 缓释型复合抑制剂的设计理念

 

为了直观地表征其缓释性能，使用Quanta 250扫描电子显微镜（SEM）观察了PAA/SA-CC和具有和不具有抑制作用的煤样品的微观形貌。使用在观察之前赋予样品表面导电性的溅射涂布机用Au涂布样品。图2a显示了抑制剂和煤样共存的抑制系统。可以看出，PAA/SA-CC颗粒被几个煤颗粒包围，呈现出粗糙、多孔和疏松结构的表面。PAA/SA-CC更具体的表面微观形貌如图所示。2b放大倍数更大。观察发现，PAA/SA-CC表面分布着大量的微孔结构和折叠结构，为CC在外表面或内表面的密集吸附提供了较大的比表面积，对CC形成了良好的携带效果。随着温度的升高，每个PAA/SA-CC颗粒都可能起到CC缓释泵的作用，笼状包裹并不断向周围的煤氧化系统释放活性CC，这与图1所示的概念一致。

 

此外，图2c和d分别显示了在5 K·min−1下从环境温度到250°C进行热氧化处理的未处理和处理的煤颗粒的表面形貌。与原煤相比被抑制的煤颗粒表现出更粗糙的表面似乎覆盖着一层CC，即持续释放的抑制性化学物质不断到达煤表面，攻击关键的连接自由基，使煤氧化活性位点失活，提高煤的热稳定性，再次证明了PAA/SA-CC的缓释性能。

 

图2 （a）煤和PAA/SA-CC颗粒共存的抑制体系（×300），（b）在环境温度至250°c、5K·min−1（×300）

 

使用TA Q600同步热分析仪进行TGA-DSC同时测量，以评估抑制性能，该分析仪的称重灵敏度为0.1μg，温度控制精度为±0.1°C。在实验工作之前，DSC系统使用铟对热流和温度读数进行了校准。此外，按照ASTM标准[2]中描述的程序进行了质量秤校准，以避免浮力效应引起的表观重量增加。

 

随后，将尺寸为0.075mm至0.20mm的质量为20mg的样品薄而松散地放置在自动取样器托盘上的氧化铝坩埚中。对于如此少量的样品和如此小的颗粒尺寸，假设样品内的温度梯度被消除，并且所有样品保持相同的反应进程。将干燥气流以50mL/min的恒定速率引入反应系统，以产生动态氧化气氛，这不仅可以迅速去除积聚的气态产物，而且对热环境的影响很小。将样品以不同的加热速率（2、5、10和20 K·min−1）从25°C加热到800°C。

 

[1] G. Dou, D. Wang, X. Zhong, Effectiveness of catechin and poly(ethylene glycol) at inhibiting the spontaneous combustion of coal, Fuel Process. Technol. 120 (2014) 123–127.

[2] ASTM International, E. ASTM, 2040-08, Standard Test Method for Mass Scale Calibration of Thermogravimetric Analyzers, West Conshohocken, PA, ASTM International, 2008.

 

科学指南针已获得检验检测机构资质认定证书（CMA）、实验动物使用许可证、“ISO三体系认证”等专业认证，提供材料测试、高端测试、环境检测、生物服务、模拟计算、科研绘图、数据分析、试剂耗材、行业解决方案、指南针学院等多项科研产品和服务矩阵。企业致力于为高校、科研院所、医院、研发型企业等科研工作者，提供专业、快捷、全方位的检测及科研服务。

 

免责声明：部分文章整合自网络，因内容庞杂无法联系到全部作者，如有侵权，请联系删除，我们会在第一时间予以答复，万分感谢。