古建筑木材的热稳定性及热解动力学研究

采用热重分析(Thermogravimetric analysis,TGA)的方法研究了布达拉宫古建筑群中三种常用木材(红松、铁杉和云杉)在空气和氮气中的热解特性,采用Kissinger法计算了三种木材中木质素的降解活化能.结果表明,三种木材在空气中热解均包括木材中水分脱出过程、半纤维素、纤维素和木质素热解过程以及残炭的氧化三个阶段;在氮气中,这些木材的热解只有脱水过程和半纤维素、纤维素及木质素热解两个过程,其原因是木材在氮气中热解的残炭不会进一步被氧化为一氧化碳和/或二氧化碳.采用Kissinger法计算得到三种木材中木质素在空气中的降解活化能依次为红松(218 kJ/mol)、铁杉(146 kJ/mol)、云杉(188 kJ/mol).     

长白山地区主要森林类型地表凋落物热解实验研究

通过热解实验及热解动力学求解,研究了6种长白山地区主要森林类型地表凋落物的热解特性。实验材料选取长白山黄松蒲林场的白桦林、针叶混交林、针阔混交林、落叶松林、阔叶混交林和杨树林6种主要森林类型的地表凋落物,采取热重分析法研究6种地表凋落物的热解特性,并采取Gorbatchev积分法进行动力学研究。结果表明：6种地表凋落物的热解过程均包括失水、微失重、主要失重和炭化4个阶段;6种地表凋落物失重率大小排序为：白桦林＞针叶混交林＞针阔混交林＞落叶松林＞阔叶混交林＞杨树林;升温速率越大,失重率越大;凋落物粒径为178～250 μm时,热解失重率最高;6种地表凋落物在空气气氛中的热解失重率更大,热解更充分。活化能大小排序与失重率排序一致,其中白桦林凋落物的活化能最高,为95.5 kJ·mol-1,杨树林凋落物热解活化能最低,为68.8 kJ·mol-1。     

森林腐殖质热解动力学模型对比与分析

摘 要：林火是对森林资源破坏十分严重的一种自然灾害,一旦引发,会在森林中快速蔓延且不易扑灭,因此对林地内可燃物的热解特性进行研究分析有十分重要的现实意义。本文以帽儿山人工阔叶红松林内的腐殖质为研究对象,利用TG-DTG曲线分析腐殖质的热解过程。试验数据采用Coats-Redfern（CR）法、Doyle法、Flynn-Wall-Ozawa（F-W-O）法、分布活化能模型（DAEM）4种典型方程进行动力学模型分析,分别计算反应活化能、反应级数和频率因子。试验结果表明：腐殖质的热解主要分为4个阶段：脱水阶段、过渡阶段、主要失重阶段和炭化阶段。对主要失重阶段的动力学参数进行计算,结果显示,Doyle法和DAEM模型较其他2种方程更适合腐殖质的热解动力学分析。其中DAEM模型适合分析样品活化能的变化趋势,Doyle法适合求取不同失重率下的活化能。     

常用实木家具木质类生物质的热重分析

采用热重分析法对35种常用实木家具木质类生物质的热解过程进行研究,确定其失重规律、着火温度和燃烧动力学方程,并对比分析针叶树类和阔叶树类生物质的失重规律。DTA曲线显示大多数试样着火温度比分解温度高20~30℃。结果表明:常用实木家具木质类生物质的失重分为脱水、稳定、快速失重和慢速失重4个阶段;其热解机理满足一阶反应动力学方程,在高温区域,活化能和频率因子拟合方程相关系数接近1;活化能约为65~85kJ/(mol·K),而频率因子变化范围较大。为室内火灾特性的研究提供基础数据。     

东北地区五种阔叶木树叶热解实验研究

以东北地区常见的白桦、水曲柳、蒙古栎、银中杨、旱柳5种阔叶木的树叶为实验材料,采用热重分析法研究5种阔叶木树叶的热解特性及动力学特性。选取升温速率为10、15、20℃/min,粒径为40、60、80目,分析在氮气气氛下试样的热解特性,采用Gorbatchev积分法进行动力学研究。结果表明：试样的热解过程分为失水、轻微失重、主要失重和炭化4个阶段,其中主要失重阶段的失重量最多;5种试样的燃烧性排序为：银中杨＞蒙古栎＞旱柳＞水曲柳＞白桦,活化能排序为：白桦＞水曲柳＞旱柳＞蒙古栎＞银中杨;燃烧性越强的活化能越小;升温速率越高,热解反应的起始温度和终止温度越高,失重速率越快,热解反应越充分。     

兴安落叶松热解特性及动力学分析

以兴安落叶松的树皮、树干和树叶为研究对象进行热解实验,采用热重分析法对兴安落叶松在氮气气氛下的热解过程进行分析,采用Gorbatchev积分法进行动力学研究。实验结果表明:兴安落叶松的热解过程包括失水、微失重、主要失重和炭化4个阶段,3种试样失重率大小排序为:树干树皮树叶,燃烧性排序为:树叶树皮树干;升温速率越大,试样失重率越大,失重速率越快,热解越充分;粒径为250～420μm时,试样的热解失重率最高,失重速率最快,热解反应最充分;三种试样活化能大小排序为:树干树皮树叶。     

阻燃电缆的热解动力学及反应机理研究

研究了阻燃电缆的交联聚乙烯(PE)绝缘材料和聚氯乙烯(PVC)护套材料在氮气条件以不同升温速率进行热解的过程。结果表明,在忽略升温速率的影响下,两种材料的热失重(TG)曲线呈现的规律基本一致。研究了单组分热解过程的动力学参数,用两种方法计算得到PVC和交联PE热解过程的平均活化能分别为163.77,269.5 kJ/mol和119.456,251.449 kJ/mol。PVC护套材料热解产物有水、氯化氢、氯代烃以及其他碳氢化合物,交联PE绝缘材料的热解过程的前半阶段产物以烷烃官能团为主,后半阶段产物为不同种类的烯烃官能团以及其他碳氢官能团。     

5种乔木可燃物不同升温速率下的热重研究

摘 要：为探究不同升温速率下5种典型乔木可燃物的热解特性,加快和完善内蒙古大兴安岭地区森林燃烧性研究,以白桦、黑桦、兴安落叶松、蒙古栎、山杨的小枝为主要研究对象,基于OFW热重分析法,在空气气氛中,以氧气为载气,加热区间为30～600 ℃,首先升温至100 ℃并保持5 min,气体流量为20 mL/min,然后分别以40,60,80 ℃/min升温速度率升温。通过TG-DTG曲线分析试样的热解过程,利用OFW法对试样的快速热解阶段进行动力学分析并绘制参数趋势图。结果表明,升温速率对热解过程的影响主要集中在失重阶段,随着升温速率的增加,热解特征温度增加,试样失重率增大。在此阶段,升温速率为60 ℃/min时,5种典型乔木可燃物热解程度排序为：兴安落叶松＞蒙古栎＞山杨＞白桦＞黑桦;OFW法分析下的5种典型乔木可燃物活化能随转化率变化,活化能计算结果可靠,模型较优。山杨活化能区间为659.788～712.664 kJ/mol,调整后的R2为0.962 6～0.999 7,活化能随转化率的增加呈现先减少后增加的趋势,反应进程中后段依然保持良好的放热反应。     

内蒙古毕拉河林区地表死可燃物热解特性

以兴安落叶松-白桦混交林等5种森林枯落物层类为研究对象,运用热重分析法,通过TG-DTG曲线分析样品的热解过程,利用Coats-Redfern积分法对样品的快速热解阶段进行动力学分析,通过着火温度、活化能E与热解特性指数P的综合分析,评价各可燃物样品的燃烧特性。结果表明：264～411 ℃是快速热解阶段,也是热失重的主要阶段,失重量达初始失重量的82.26%以上。其中兴安落叶松林活化能E相对较高,热稳定性相对较强,兴安落叶松-白桦混交林热解特性指数P相对较低,热解行为相对较难。可以营造兴安落叶松-白桦混交林,作为防火树种并建立防火隔离带,能够降低林分燃烧特性,减小森林火灾发生的可能性。     

红松热解特性及动力学实验研究

采用热重分析法对红松的树皮、树干、松针和松果在空气气氛下进行热解实验,升温速率20℃/min,从20℃加热至800℃,并对热解过程进行动力学分析。结果表明:试样的热解过程分为失水、微失重、主要失重和炭化4个阶段,热稳定性大小排序为:松果树皮树干松针。升温速率越高,失重速率越快,但升温速率过快使试样内部受热不均,产生热滞后现象。升温速率为10℃/min时热解失重率最高,热解反应最充分。CoatsRedfern法和Broido法较适用于红松热解动力学计算。试样活化能大小排序为:松果树皮树干松针。     

北京园林绿地6种树木的叶片和一年生枝中5种重金属含量比较

为了解不同园林树木对重金属的吸收情况,以北京市陶然亭公园、紫竹院公园、中科院植物园、马甸公园、皇城根遗址公园和营城建都滨水绿道不同环境绿地为样地,选择样地间共有的园林树木,采用ICP光谱仪测定了6种树木叶片和一年生枝条中重金属锌(Zn)、铬(Cr)、镍(Ni)、砷(As)和汞(Hg)的含量,以此为基础,采用隶属函数法将6种树木单位重量对5种重金属的综合富集能力进行排序,并对同树种叶片与当年生枝、5种重金属吸收量分别进行相关分析。结果表明：1)不同树种叶片和一年生生枝条单位重量中重金属含量有显著差异,且因重金属种类而异。Zn、As含量最高的为金银木,Cr、Ni、Hg含量最高的依次为圆柏、侧柏、丁香;丁香富集Zn、Cr、As的能力最低,白皮松富集Ni能力最低,侧柏富集Hg能力最低。2)树木叶片和当年生枝单位重量对5种重金属综合富集能力排序为：金银木＞侧柏＞圆柏＞油松＞丁香＞白皮松。其中,针叶树种中圆柏、侧柏、油松富集5种重金属的综合能力显著高于白皮松(P＜0.01),阔叶树种中金银木吸收重金属的能力显著高于丁香(P＜0.01)。3)树木不同器官中重金属含量也不同,不同树种间叶片与枝条中仅Cr含量具有显著相关性,相关系数为0.461(P＜0.01),其他4种元素均未达到显著水平。4)同树种叶片和当年生枝Cr和Ni吸收呈极显著相关性(P＜0.01),其他元素吸收之间未呈现相关性。本研究结果对北     

蒙古栎树皮的热解特性及动力学分析

为研究蒙古栎树皮热解特性,使用热重分析仪将粉碎后的蒙古栎树皮从室温加热至800 ℃。采用控制变量法,分别以粒径、升温速率、实验气氛为变量进行实验,得到蒙古栎树皮在不同条件下的热解特性,使用Coats-Redfern 积分法进行数据分析。结果表明,蒙古栎树皮颗粒热解过程共有4 个阶段,第三阶段为主要热解阶段;升温速度越快,反应越剧烈,升温速率高时,主要失重阶段会发生延后现象;不同的材料粒径会使总失重率产生变化;蒙古栎树皮在高纯空气中反应更为剧烈,说明空气有助于热解过程;蒙古栎树皮热解所需能量较少,热解较易发生。     

水曲柳林下凋落物热解特性及动力学分析

利用热重分析法对水曲柳林下凋落物的热解行为进行研究,分析不同的试验气氛、升温速率及粒径对热解过程的影响,采用Coast-Redfern 法进行动力学分析。结果表明：林下凋落物热解分为失水、轻微失重、主要失重和炭化4 个阶段,试样的稳定性大小依次为：水曲柳树枝>水曲柳树皮>水曲柳树叶>福王草;试样在氮气气氛下有1 个失重峰,在空气气氛下有2 个失重峰,在空气气氛下失重率较大,热解更充分;随着升温速率增加,热失重曲线向高温侧移动,失重速率增加,且存在滞后效应;粒径大小对试验影响较小,60 目粒径试样失重率最大;4 种试样活化能由大到小分别为水曲柳树枝、水曲柳树皮、水曲柳树叶和福王草。     

废旧竹制地板热解特性研究与动力学分析

为研究废旧竹制地板的热解特性,采用热重分析法对废旧竹制地板颗粒进行热解实验,并利用控制变量法,得到地板颗粒在不同粒径、升温速率和气氛下的热解参数及热重曲线,使用Coats- Redfern 积分法进行热动力学分析,并选择最佳机理函数。结果表明,废旧竹制地板的热解分为4 个阶段,各阶段温度区间分别约为20～100、100～200、200～384、384～800 ℃。通过对热解条件的研究,粒径大小可对热解主要质量损失阶段造成影响,会使该阶段的发生延后,升温速率对热解的影响主要体现在第三阶段,升温速率越大,反应越剧烈,空气对热解有促进作用,可使反应更加充分,质量损失更大。     

碳纤维/环氧复合材料的热解特性及动力学研究

利用热重—差热同步分析仪研究随机、单向、织布 3种铺层结构碳纤维/环氧复合材料在不同升温速率下的热解特性。氮气气氛(50 mL/min),升温速率取 5、10、20、30、40 ℃/min,实验温度范围为 25～800 ℃。研究表明：3 种铺层结构碳纤维/环氧复合材料均只有 1 个热解阶段,热解温度范围及到达失重速率峰值温度几乎相同,但铺层结构对热失重速率峰值及质量剩余率有较大影响。随着升温速率的增加,热解反应各阶段终止温度、最大失重速率温度均向高温方向移动。采用 Kissnger 法对不同铺层结构碳纤维/环氧复合材料的热解动力学进行计算,得到其表观活化能。