Study on the Synergistic Inhibition Mechanism and Thermal Stability of a Composite Inhibitor (Aluminum Hydroxide–Ammonium DihydrogenPhosphate–Sodium Polyacrylate) for the Spontaneous Combustion of Long-Flamed Coal
यह अध्ययन दीर्घकालिक ज्वाला वाले कोयले के लिए एक त्रिक मिश्रित अवरोधक (एल्युमीनियम हाइड्रोक्साइड, अमोनियम डाइहाइड्रोजन फॉस्फेट और सोडियम पॉलीएक्रिलेट) के सहक्रियात्मक निषेध तंत्र और उन्नत तापीय स्थिरता को स्पष्ट करता है, जो यह प्रदर्शित करता है कि इष्टतम 5:1:1 फॉर्मूलेशन कोयले को भौतिक रूप से अलग करने, सक्रिय स्थलों को रासायनिक रूप से निष्क्रिय करने और सूक्ष्म दरारों को सील करने द्वारा ऊष्माक्षेपी ऊष्मा को कम करने और ऑक्सीकरण सक्रियण ऊर्जा को बढ़ाने के माध्यम से स्वतः दहन को महत्वपूर्ण रूप से रोकता है।
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कोयले के ढेर की कल्पना एक विशाल, गुस्सैल कैंपफायर (अलाव) के रूप में करें जो अपनी जगह पर टिके रहने से इनकार करता है। यह सिर्फ वहां बैठा नहीं है; यह गुप्त रूप से अपने आप आग लगाने की कोशिश कर रहा है, जिसे "स्वतः दहन" (spontaneous combustion) नामक एक चालाकी भरी प्रक्रिया कहा जाता है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि कोयला हवा में मौजूद ऑक्सीजन के साथ लगातार एक अस्त-व्यस्त, गर्मी पैदा करने वाली बहस कर रहा है। "लॉन्ग-फ्लेम्ड कोल" (long-flamed coal) नामक कोयले के एक विशिष्ट प्रकार के लिए (जो कि कोयले की दुनिया का उच्च-ऊर्जा, उच्च-वाष्पशील सुपरस्टार है), यह बहस बहुत जल्दी बेकाबू हो सकती है, जिससे खानों और भंडारण यार्डों में खतरनाक आग लग सकती है।
लियाओनिंग टेक्निकल यूनिवर्सिटी के वैज्ञानिकों ने एक रेफरी की भूमिका निभाने का निर्णय लिया। वे इस उग्र बहस को नियंत्रण से बाहर होने से पहले ही रोकना चाहते थे। केवल पानी फेंकने के बजाय (जो अक्सर बहुत जल्दी वाष्पित हो जाता है) या इसे सील करने के बजाय (जो महंगा और पूरी तरह से करना कठिन है), उन्होंने तीन सामग्रियों से बना एक विशेष "शांति समझौता" बनाया: एल्युमीनियम हाइड्रॉक्साइड (Aluminum Hydroxide), अमोनियम डाइहाइड्रोजन फॉस्फेट (Ammonium Dihydrogen Phosphate), और सोडियम पॉलीएक्रिलेट (Sodium Polyacrylate)।
इस तिकड़ी को एक सुपरहीरो टीम के रूप में सोचें, जिसमें से प्रत्येक के पास एक अनूठी शक्ति है:
- एल्युमीनियम हाइड्रॉक्साइड "कूलिंग शील्ड" (शीतलन ढाल) है। जब चीजें गर्म होने लगती हैं, तो यह टूट जाता है और किसी चीज को सोखने वाले स्पंज की तरह गर्मी को सोख लेता है, साथ ही एक कठोर, सिरेमिक जैसी चादर बनाता है जो ऑक्सीजन को कोयले तक पहुँचने से रोकता है।
- अमोनियम डाइहाइड्रोजन फॉस्फेट "केमिकल पेसिफायर" (रासायनिक शांत करने वाला) है। यह रासायनिक प्रतिक्रिया में कूद पड़ता है और गड़बड़ी मचाने वालों (जिन्हें मुक्त कण या फ्री रेडिकल्स कहा जाता है) को रोक देता है, प्रभावी रूप से कोयले की जलने की इच्छा को चुप करा देता है।
- सोडियम पॉलीएक्रिलेट "गोंद और जल-वाहक" है। यह एक अत्यधिक शोषक सामग्री है जो प्यासे स्पंज की तरह नमी को थामे रखती है और एक चिपचिपे सीलेंट के रूप में कार्य करती है, कोयले के सूक्ष्म दरारों और छेदों को बंद कर देती है ताकि ऑक्सीजन अंदर न घुस सके।
शोधकर्ताओं ने इन तीनों को विभिन्न व्यंजनों (रेसिपी) में मिलाया ताकि यह देख सकें कि कौन सा सबसे अच्छा काम करता है। उन्होंने पांच अलग-अलग समूहों का परीक्षण किया, जिसमें बिना उपचार वाले कच्चे कोयले (YB0) से लेकर विभिन्न मिश्रणों (YB1, YB2, YB5, और YB10) तक शामिल थे।
बड़ी खोज
परिणामों ने दिखाया कि "शांति समझौता" अद्भुत काम करता है, लेकिन केवल तभी जब आप रेसिपी सही रखते हैं। जीतने वाली टीम YB5 थी, जो एक विशिष्ट मिश्रण था जहाँ सामग्रियां 5:1:1 के अनुपात में थीं (पाँच भाग एल्युमीनियम हाइड्रॉक्साइड, एक भाग अमोनियम डाइहाइड्रोजन फॉस्फेट, और एक भाग सोडियम पॉलीएक्रिलेट)।
यहाँ बताया गया है कि जब उन्होंने YB5 मिश्रण का उपयोग किया तो क्या हुआ:
- कोयला ठंडा रहा: कोयले के नमूनों में बहुत देर बाद गर्मी महसूस होना शुरू हुई। "क्रिटिकल टेम्परेचर" (वह बिंदु जहाँ से यह वास्तव में गर्म होने लगता है) कच्चे कोयले के लिए 69°C से बढ़कर उपचारित कोयले के लिए 84°C हो गया।
- कम ऊष्मा उत्सर्जित हुई: जब उन्होंने कोयले द्वारा छोड़ी गई ऊष्मा ऊर्जा को मापा, तो कच्चे कोयले ने 1661 mW/mg ऊर्जा छोड़ी। YB5 मिश्रण वाले उपचारित कोयले ने केवल 1473 mW/mg ऊर्जा छोड़ी। यह ऊष्मा ऊर्जा में 11.3% की गिरावट है!
- "बुरे तत्व" गायब हो गए: वैज्ञानिकों ने कोयले की रासायनिक संरचना को देखने के लिए एक विशेष लाइट स्कैनर (FTIR) का उपयोग किया। उन्होंने पाया कि कोयले के "सक्रिय" हिस्से जो ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करने के शौकीन हैं, काफी कम हो गए थे।
- "मिथाइल" समूह (-CH₃) 78.66% गिर गए।
- "मेथिलीन" समूह (-CH₂) 83.16% गिर गए।
- "कार्बोनिल" समूह (C=O) 63.55% गिर गए।
- "हाइड्रॉक्सिल" समूह (-OH) 40.23% गिर गए।
यह कैसे काम कर गया?
यह केवल एक चीज़ नहीं थी; यह एक पूर्ण टीम प्रयास था।
- सूक्ष्म जादू: BET विश्लेषण का उपयोग करते हुए, उन्होंने देखा कि YB5 मिश्रण ने कोयले के भीतर सूक्ष्म छिद्रों (छेद) को भर दिया। वह कुल सतह क्षेत्र जहाँ ऑक्सीजन कोयले को पकड़ सकती थी, 20% सिकुड़ गया, और इन छेदों का कुल आयतन भी 20% कम हो गया। यह एक स्पंज को गोंद से भरने जैसा है ताकि हवा अंदर न जा सके।
- रासायनिक शांति: छिद्रों को ब्लॉक करके और सक्रिय समूहों को रासायनिक रूप से बेअसर करके, इस मिश्रण ने उस श्रृंखला अभिक्रिया को रोक दिया जो आग का कारण बनती है। कोयला आग को जारी रखने के लिए पर्याप्त ऑक्सीजन या सक्रिय स्थान खोजने में असमर्थ रहा।
उन्होंने क्या नहीं पाया
अध्ययन में यह नहीं पाया गया कि कोई एक सामग्री अकेले काम कर सकती है। उन्होंने स्पष्ट रूप से विभिन्न अनुपातों का परीक्षण किया, और वे जिनमें किसी भी सामग्री की बहुत अधिक या बहुत कम मात्रा थी (जैसे YB1 या YB10), वे संतुलित YB5 मिश्रण की तरह प्रदर्शन नहीं कर सके। उन्होंने यह भी नोट किया कि जबकि ऊष्मा अवशोषण सहायक था, यह एकमात्र कारण नहीं था जिसके कारण यह काम कर रहा था; रासायनिक अवरोध और छिद्र सीलिंग भी उतने ही महत्वपूर्ण थे।
निष्कर्ष
यह शोध बताता है कि इस विशिष्ट 5:1:1 संयोजन का उपयोग करके, हम लॉन्ग-फ्लेम्ड कोल को स्टोर करने और परिवहन करने के लिए बहुत सुरक्षित बना सकते हैं। यह केवल आग को बुझाता नहीं है; यह कोयले को आग शुरू करने की इच्छा रखने से ही रोक देता है। वैज्ञानिकों ने तापमान, ऊष्मा उत्सर्जन और रासायनिक समूहों में इन परिवर्तनों को मापा, जिससे पुष्टि हुई कि यह "ट्रिपल-थ्रेट" (तीन तरफा प्रहार करने वाला) अवरोधक कोयला खदानओं और भंडारण यार्डों को आकस्मिक आग का भट्टी बनने से बचाने के लिए एक आशाजनक नया उपकरण है।
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