热分析-质谱法研究汽车废轮胎热解行为及反应动力学

采用热重-差示扫描量热-质谱(TG-DSC-MS)联用技术研究了汽车废旧轮胎在氩气气氛中的热解特性及热解气种类.结果表明,废旧轮胎在热解过程中存在一个不明显失重阶段(200～300℃)和2个明显失重阶段,分别为油类添加剂析出过程和天然橡胶热解(300～400℃)、合成橡胶热解(400～550℃)过程.随升温速率增大,轮胎起始热解温度升高,热解区间向高温方向移动,最大热解速率增加.热解过程中共检测到H_2,H_2O,CO,CO_2,CH_4,C_2H_2,C_2H_6七种热解气,其中H_2O与CO存在2个析出峰,CO_2存在3个析出峰,CO析出量最高.采用Ozawa峰值法与Ozawa等转化率法得到轮胎天然橡胶热解阶段的活化能介于55~60k J/mol之间,而合成橡胶热解阶段的活化能介于110~115 k J/mol之间.     

TG-MS联用技术研究膨胀阻燃聚丙烯的热降解机理

采用热重-质谱联用技术(TG-MS)研究了纯聚丙烯(PP)和膨胀型阻燃剂(IFR)含量为30%的阻燃PP(IFR-PP)的热解气体种类和产生机理。研究发现:纯PP材料和IFR-PP在420~510℃温度区间内都有一个明显的失重阶段,分别有89.89%和72.0%的挥发分析出。TG-MS分析结果显示,热解过程中产生CH_3~+、CO_2、C_3H_6和C_4H_8等气体,其较大释放阶段均在400℃之后,且在最大热失重阶段仅出现一个比较明显的析出峰,而CH_4、NH_3、H_2O出现有多个析出峰;纯PP在最大热失重阶段分解生成较多的CH_4、C_3H_6和C_4H_8等易燃性小分子,而IFR-PP则在该阶段降解释放出较多的H_2O、CO_2和NH_3等惰性气体。极限氧指数(LOI)测试结果显示,IFR-PP的LOI由纯PP的18.5%增至28.7%,同时其阻燃等级达UL 94V-0级(3 mm)。     

TGA-FTIR联用技术研究PAN预氧化纤维的热解

采用热重-傅里叶变换红外光谱(TG-FTIR)联用技术研究了N_2气氛下不同PAN预氧化纤维的热稳定性及其热解气体的种类、分布和裂解机理。结果表明,在主要热解温度范围内,PAN预氧化纤维的气相产物主要是H_2O,CO_2,CO,CH_4,HCN和NH_3;PAN预氧化纤维在N_2气氛中的热解可以分为低温区的环化脱氢和高温区的交联重排两个阶段;在一定范围内,预氧化程度高的纤维热稳定性更高,失重较低。     

木屑颗粒热解过程动力学计算及热解气体分析

以CO_2和干空气为动态气氛,在10,20,30℃/min三种升温速率下进行热重实验,研究了气氛对压缩木屑颗粒热解反应的影响,用Netzsch Thermokinetics 3软件确定了失重曲线第2失重阶段的反应级数,用Coats-Redfern积分法计算了第2失重阶段的动力学参数,用气相色谱分析了放大实验在升温速率10℃/min下产生的热解气体成分.结果表明,在CO_2和干空气气氛下,随温度升高,木屑颗粒均出现3个失重阶段,第2阶段的失重分别为65.97%和56.31%,热解反应级数分别为1.2和1.0,活化能分别为117.73和87.4 k J/mol,指前因子分别为5.8′106和1.1×10~4 min~(-1).与空气气氛相比,CO_2气氛下裂解气中CH_4产量相对较低,而H_2和CO产量较高.     

橡塑保温材料热解和燃烧行为的研究

随采用热重-傅立叶变换红外光谱（TGA-FTIR）联用技术研究了氧气气氛下橡塑保温材料的热解和燃烧行为。结果表明,橡塑保温材料TGA曲线有两个失重阶段,第一失重阶段是橡塑保温材料中NBR和PVC官能团的热氧降解,主要生成CO2、H2O、HCl及氰酸等气体逸出;第二阶段是材料中碳链受热燃烧,生成CO2逸出。     

橡塑保温产品热解行为的研究

采用热重—傅立叶变换红外光谱(TGA-FTIR)联用技术研究了氧气气氛下橡塑保温产品的热解和燃烧行为。结果表明,材料TGA曲线有两个失重阶段,第一失重阶段是材料中NBR和PVC官能团的热氧降解,主要生成CO2、H2O、HCl及氰酸等气体逸出;第二阶段是材料中碳链受热燃烧,生成CO2逸出。     

PU保温材料在空气中的热解特性研究

运用热重-差热-红外-质谱联用(TG-DSC-IR-MS)技术研究了聚氨基甲酸酯(PU)在空气气氛下的热解特性。研究表明,PU在空气环境中热解主要有两个阶段,都属于放热过程。增大升温速率,热解向高温区移动,最大热解速率对应的峰值温度相应提高。PU热解过程首先是聚合物高分子长链断裂生成较短的链,之后氧气参与反应,主要分解产物有二氧化碳、水、碳和胺类、炔类、醇类、醛类物质。运用Ozawa-Flynn-Wall等转化率法求得活化能随转化率的关系曲线,得到活化能的平均值为152.9k J/mol。     

PVC木塑复合材料热解动力学

将木粉按一定比例添加到PVC中得到复合材料,通过热重分析研究复合材料在空气、N2气氛下不同升温速率时的热解行为。通过Doyle和Tang method法计算了木塑材料的降解活化能。利用活化能分布函数,分析了复合材料在热解、燃烧过程中不同阶段的反应活性变化规律。研究表明,热解过程可分为3个阶段,230～360℃为第一失重阶段,360～430℃为稳定阶段,430～580℃为第二失重阶段。升温速率及反应气氛对热解过程有显著影响。由分布活化能模型计算表明,其热解动力学为一级反应,两个失重阶段的活化能分别为220kJ·mol-1和139kJ·mol-1,反应活性随失重率的增加而减少。     

高密度聚乙烯热解-CO2气化制备清洁能源的研究

以高密度聚乙烯(HDPE)塑料为原料,通过高温热解-CO_2气化法成功制备了清洁燃料合成气CO及H_2。使用热重分析法对HDPE的热解及气化过程进行分析,结果发现材料的失重过程主要分为2个阶段:在450℃左右,HDPE的长链开始发生裂解为低分子碳链,部分低分子碳链进一步裂解为小分子量挥发气体,此阶段材料的失重率达到80%;当温度达到900℃时,热解后剩余的焦样开始在CO_2气氛下气化。另外,红外光谱测试显示气化过程中生成的CO量明显低于热解过程。为研究温度对材料失重率的影响,改变热解温度(400～550℃)和气化温度(900～1 100℃),发现随着温度的升高,热解过程及气化过程原料的失重率均相应上升,主要是因为CO_2气氛下的热解过程及气化过程均为吸热反应,而温度的升高将推动反应正向进行。     

TG-FTIR研究污泥掺混废轮胎共热解特性

采用热重-红外联用(TG-FTIR)分析污泥与废轮胎混合热解特性。研究发现,污泥与废轮胎混合热解可弥补单污泥热解存在的不足;随着废轮胎掺混比例增加,热解特性指数逐渐增加(由8.54E-14增加到2.24E-12)。利用Coats-Redfern法研究热解反应动力学发现,在第一阶段(168~600℃),不同混合比例的样品热解过程适合的反应级数不同;在第二阶段(600~1 200℃),所有样品的热解均符合3级反应规律。FTIR分析表明,热解主要生成H_2O、CO_2、CO和CH_4等物质;其中CO在750℃之后的析出主要是由CO_2与焦炭的反应产生。