纳米 SiO₂ 对水成膜泡沫灭火剂稳定性影响机制研究

图 4 展示了 3-0、3-0.5、3-1.5、3-2.5 四组体系在 0–15 min 内的气泡变化。1 min 时，气泡数量较多且分布均匀；随时间推移，受内外压差影响，气泡逐渐粗化，直径增大，形态由圆形转为不规则多边形。其中，3-1.5组在各时间点的气泡直径均小于其他组，说明 1.5% 纳米SiO2 对3%AFFF 的粗化抑制作用最显著。

图 5 为6.0%AFFF 复配体系在0-15min 内的气泡形态变化过程，四组气泡直径同样随着时间推移而增大，且随着纳米SiO2 质量分数增大，气泡直径依次减小，说明在6%AFFF 复配体系中，高质量分数的纳米SiO2 对泡沫粗化的抑制作用更强。

表2 3.0%AFFF 体系各组气泡平均粗化直径、粗化速率

Tab.2 Average Coarsening Diameter and Coarsening Rate of Bubbles in Each Group of the 3.0% AFFF

表3 6.0%AFFF 体系各组气泡平均粗化直径、粗化速率

ng Diameter and Coarsening Rate of Bubbles in Each Group of the 6.0% AF

为精确量化泡沫粗化过程，本研究分析了泡沫平均粗化直径和粗化速率。如表 2 所示，在3.0%AFFF 复配体系中，随着纳米SiO 质量分数从0%增加至 1.5% 泡沫平均粗化直径和粗化速率逐渐减小；当质量分数从 1.5% 升至 2.5%HJ ，二者逐渐增大，其中3-1.5 组的泡沫粗化 直径和速率均最小，表明 1.5% 纳米 SiO2 对 3%AFFF 泡沫粗化的抑制效果最显著。

如表3 所示，在 6.0%AFFF 复配体系中，泡沫平均粗化速率随纳米 SiO₂ 质量分数增加持续下降，从6-0 的3.92μm/ min 降至 6-2.5 的 2.35μm/min 。同时，在相同纳米 SiO2 质量分数条件下，6.0%AFFF 组的平均粗化直径和粗化速率均低于3.0%AFFF 组，可能因高体积分数泡沫中气泡与纳米SiO2 相互作用更强，形成稳定的网络结构，从而抑制气泡粗化。

3 结论

本文系统研究了纳米 SiO2 对不同体积分数泡沫灭火剂 （3.0% 、 6.0%） ）性能的影响，主要结论如下：

（1）对低体积分数 （3.0%） 泡沫灭火剂，纳米 SiO2 对稳定性的影响呈非线性：当质量分数为 1.5%H⋅J ，泡沫稳定性最佳，析液最少、粗化速率最低；低于该质量分数时，稳定性随纳米 SiO₂ 增加而增强；高于该质量分数时，由于颗粒团聚破坏液膜结构，稳定性反而下降。（2）对高体积分数（6.0%）泡沫灭火剂，纳米 SiO2 对稳定性的影响呈线性：随颗粒质量分数增加，析液量和粗化速率持续下降，高质量分数有助于构建稳定的气-液-固三相结构，增强泡沫体稳定性。（3）在相同纳米 SiO2 质量分数下，高体积分数泡沫中表面活性剂含量更多，颗粒-表面活性剂相互作用增强，抑制颗粒团聚，同时提高液膜机械强度，从而提升泡沫抗析液与抗粗化能力。

参考文献

[1] 赵兴艺.泡沫灭火剂应用及其发展现状[J].河北省科学院学报，2012，29（03）：65-68.

[2] 焦金庆，韦岳长，吴京峰，等.基于有机硅表面活性剂的环保泡沫灭火剂的制备及灭火性能研究[J].材料导报，2022，36（20）：57-62.

[3] BARZEN-HANSON KA， ROBERTS SC， CHOYKE S， et al. Discovery of 40 Classes of Per- and P olyfluoroalkyl Substances in Historical Aqueous Film-Forming Foams （AFFFs） and AFFF-Impacted Groundwater [J]. Environ Science ＆Technology. 2017 Feb 21;51（4）：2047-2057.

[4] 张宇，廖光煊.一种新型高铺展性水成膜泡沫的性质以及灭火性能研究[J].火灾科学，2008，17（1）：1-7.

[5] 张伟健，魏炜，刘玉普，等. 氧化硅基填料在水性耐高温涂料中的应用 [J]. 中国涂料， 2025， 40 （02）： 33-43.

[6] 张佳庆，尚峰举，黄杰，等. 典型水成膜泡沫灭火剂流变性研究 [J]. 材料导报， 2025， 39 （05）： 281-286.

[7] 张宇强，朱新华，贾旭宏. 新型两性氟碳表面活性剂的理化性能及灭火性能研究[J].消防科学与技术， 202

5， 44 （05）： 699-705.

[8] Sheng Y，Li Y，Peng Y，et al.Effect of hydrophilic silica nanoparticles on foam properties of mixtures of

silicone and hydrocarbon surfactants[J].Chemical Engineering Science，2023，276：118769.

[9] Fuchao Zhan， Mahmoud Youssef， Bakht Ramin Shah，et al.Overview of foam system： Natural material

-based foam， stabilization， characterization[J]， and applications，Food Hydrocolloids，2022，125，107435. 中图分类号：X9 文献标识码：A 文章编号： 资金资助：贵州大学大学生创新创业训练计划项目资助（gzusc2024080）