Page 184 - 《爆炸与冲击》2026年第9期

第 46 卷 王慧婷，等： 不同双金属超分子化合物抑制镁粉爆燃火焰的实验研究 第 9 期

(MgAl-Cl versus MgAl-CO , and CaFe-Cl versus CaFe-CO ) were 17.95%, 27.30%, 23.82%, and 50.76%, respectively,
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evidencing that carbonate as the interlayer anion have a superior suppression effect on magnesium powder deflagration
compared to those with chloride as the interlayer anion. Scanning electron microscopy and X-ray diffraction analyses of the
reaction products, together with TG-DSC traces of the bimetallic supramolecular compounds, revealed that during the
decomposition process, bimetallic supramolecular compounds lower the flame temperature via the desorption of interlayer
water molecules and the heat absorption associated with the decomposition of the layered structure. Moreover, the inert gases
and metal oxides generated during decomposition can block heat transfer and inhibit the volatilization of combustible gases
from the surface of magnesium powder particles. Meanwhile, the metal ions and interlayer anions participate in the combustion
reaction, consuming free radicals and interrupting the chain reaction, thereby achieving the explosion suppression effect.
Keywords: bimetallic supramolecular compound; magnesium powder explosion; flame propagation; explosion suppression
镁金属凭借轻质高强的特性被广泛应用于航天航空、军工装备、石油化工等行业 [1-4] ，而在对镁金属
的加工过程中不可避免地会有镁粉生成，且镁粉与水反应会生成氢气 ，同时释放大量热量，引起燃烧或
[5]
爆炸，对周围环境和人身造成较大危害。在 2018 年 12 月 26 日，北京交通大学实验室就发生一起镁粉爆
炸事故，造成 3 人死亡 。常用的爆炸防治措施有隔爆、泄爆、抑爆，其中抑爆技术通过多种机制降低了
[6]
爆炸的威胁和危害，未来将在保护人员和基础设施安全方面发挥更重要的作用 。而抑爆的关键就在于
[7]
[8]
抑爆剂性能 。目前国内外开展了许多针对镁粉的固体抑爆剂抑爆效能的研究。Nifuku 等 [9] 发现通过
增加氧化钙或碳酸钙与镁粉的混合比例能够抑制粉尘爆炸性，但通常需要 50% 或更高的比例混合才能
够有效地降低爆炸压力；陈金健等 [10] 研究了碳酸钙、二氧化硅 2 种抑爆剂对镁粉尘云最低着火温度的影
响，但当体系温度高于 630 ℃ 时，2 种粉末对镁粉的抑制效果较弱；李亚男等 [11] 研究了磷酸二氢铵对镁
粉的爆炸抑制效果，研究发现只有当磷酸二氢铵的质量分数大于 80% 时才能完全惰化粉尘，抑制爆炸反
应发生。目前研究的传统抑爆剂多为无机盐粉末类抑制剂，如碳酸氢钠、碳酸钙、磷酸二氢铵等 [12-16] ，当
仍存在抑爆效果差、抑爆机理不明确等缺点。

双 金 属 超 分 子 化 合 物 的 化 学 通 式 为 OH·
n−
M 2+ M 3+ (OH) ]·[(A ) ·mH O] [17] （M 代表金属阳
1−x x
[ 2 x/n 2
离子，A 代表阴离子）。图 1 为双金属超分子化
合物材料的分子结构简图，层板为相互平行且带
有正电荷的金属阳离子，层间由平衡层板正电荷 M 3+ M 2+
的阴离子及水分子构成。该材料被广泛研究的
原因主要是层板中的金属阳离子和层间阴离子
A n− H 2 O
3+
2+
组成的多样性，在一定范围内 M / M 的组成比
例可以调控超分子化合物材料的化学组成，从而 图 1 双金属超分子化合物结构
调整其电荷密度和化学性质。双金属超分子化 Fig. 1 Structure diagram of bimetallic supramolecular compound
合物独特的层状结构和阴离子交换性能，使其在
阻燃、抑爆领域显示出巨大潜力 [18] ，已有众多学者对其阻燃机理进行说明，如吸热作用、释放惰性气体、
消耗自由基、阴离子协同阻燃等 [19-21] 。吴忧等 [22] 证实了改性双金属超分子化合物材料作为阻燃剂具有
较好的耐火能力；Zhang 等 [23] 研究了改性双金属超分子化合物对聚乙烯纳米复合材料热降解及燃烧行为
的影响，证实了双金属超分子化合物材料具有热屏蔽效果与热稳定性能；纪文涛等 [24] 研究了镁铝超分子
化合物对聚乙烯粉尘的爆炸超压与最低着火温度的抑制效果，结果表明在抑制比为 2 时，镁铝超分子化
合物就可完全抑制聚乙烯粉尘爆炸，且抑爆效果优于氢氧化镁和氢氧化铝。但目前对于双金属超分子
化合物抑爆性能的研究较少，且缺少不同双金属超分子化合物之间以及该材料与传统抑爆剂之间的性
能比较。

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