煤焦异相还原N_2O的反应机理

采用两种不同的简化煤焦模型,利用量子化学密度泛函理论研究了煤焦异相还原N_2O的反应机理。通过计算反应物、中间体以及过渡态的结构和能量明确了反应的过程,并通过热力学分析和动力学分析深入分析煤焦异相还原N_2O的反应机理。研究结果表明:单个碳原子无法体现N_2O分子在煤焦表面的吸附和脱附过程,不适于作为煤焦模型研究煤焦异相还原N_2O的反应,六环苯环簇碳基模型可以成功地研究煤焦异相还原N_2O的反应。煤焦异相还原N_2O的反应共经历三个过渡态和两个中间体将N_2O还原成N_2,N_2O分子在煤焦表面的吸附反应的活化能为51.01 kJ·mol~(-1),煤焦表面吸附N_2O的过程容易进行。煤焦异相还原N_2O的反应在所研究的温度范围(298.15~1500 K)内为放热反应,可以自发发生,反应平衡常数大于10~5,可以完全进行,认为是单向反应。煤焦异相还原N_2O的反应在所研究的温度范围(298.15~1500 K)内反应速率较快,反应活化能为43.55 kJ·mol~(-1),Arrhenius表达式为1.24×10~(10)exp(-5238.15/T)。     

高温煤焦气化反应的Langmuir-Hinshelwood动力学模型

应用基于吸附和脱附原理的Langmuir-Hinshelwood （L-H） 动力学模型来描述煤焦在H₂O和CO₂混合气氛下的气化反应时,存在单独活性位和相同活性位两个相互矛盾的假设。在管式炉实验装置内考察了在不同气化温度和气化剂分压的条件下,内蒙煤焦（NMJ）与H₂O和CO₂的气化反应特性,获得了NMJ-H₂O 和NMJ-CO₂反应的L-H动力学模型,同时考察了H₂、CO对煤焦气化反应的抑制作用,并探究了NMJ在H₂O和CO₂混合气氛下的气化反应机理。研究结果表明：NMJ-H₂O以及NMJ-CO₂反应的活化能分别为214.78 kJ·mol^-1和145.96 kJ·mol^-1。H₂对NMJ-H₂O以及CO对NMJ-CO₂的反应存在明显的抑制作用,且CO的抑制作用随反应温度的降低而愈加明显。基于L-H动力学模型计算得到的反应速率曲线与实验结果十分吻合。对于NMJ在H₂O和CO₂混合气氛下的气化反应,基于相同活性位假设的L-H模型的反应速率预测值与实验结果吻合,更加适用于NMJ在混合气氛下的气化反应机理。     

钙和羟基影响焦炭还原N2O的量子化学研究

基于密度泛函理论(DFT),在M06-2X/6-311G(d)基组水平下，研究了钙和羟基在焦炭还原N₂O过程中的作用。采用了Zigzag焦炭模型及钙和羟基修饰后的焦炭模型对N₂O还原反应过程进行模拟。结果表明：整个反应过程分为三个阶段，N₂O的吸附、N₂的析出以及C(O)配合物的解吸，三种模型的决速步均位于C(O)配合物解吸阶段；动力学结果表明，随着反应温度升高，反应速率常数增大，温度升高对N₂O-C反应有促进作用；根据传统过渡态理论(TST)计算得到，原始Zigzag焦炭模型及钙和羟基修饰后的焦炭模型异相还原N₂O的反应活化能分别为450.1 kJ/mol, 420.4 kJ/mol和406.3 kJ/mol,表明钙和羟基对焦炭还原N₂O均有促进作用；钙和羟基促进焦炭还原N₂O反应的机理不同，钙吸附到焦炭表面，向焦炭转移电子使焦炭带有更多的负电荷，增加了焦炭边缘活性位点的反应活性，决速步的能垒降低，整个反应的放...     

单空缺石墨烯负载的Pd单原子催化剂上NO还原的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论（DFT）方法对单空缺石墨烯负载的Pd单原子（Pd/SVG）催化剂上H₂还原NO的反应进行了研究,探究了Pd/SVG上NO还原生成N₂和NH₃的路径。在Pd/SVG上NO容易加氢形成HNO,需要的活化能为67.0 kJ·mol^-1,显示了极高的催化活性。N₂生成的有利路径为NO活化生成HNO后,HNO继续加氢生成中间体NH₂O和NH₂OH,然后NH₂OH解离生成NH₂和OH,生成的NH₂中间体结合NO形成NH₂NO,然后NH₂NO异构化形成的NHNOH再经解离生成N₂与H₂O,这个过程中的决速步骤为NH₂NO分子内氢转移生成NHNOH,能垒为144.3 kJ·mol^-1。对于NH₃的生成,从NO的活化到中间体NH₂的形成与N₂的形成过程相同,最后NH₂加氢即可形成NH₃,这个过程中的决速步骤为NH₂O加氢生成NH₂OH,能垒为86.4 kJ·mol^-1。比较生成N₂和NH₃的决速步能垒可见,Pd/SVG催化剂上NO经H₂还原更容易形成NH₃。本研究为石墨烯负载型Pd基催化剂上H₂还原NO的实验及工业应用提供理论参考。     

腐殖酸热分解动力学

采用热重分析法（DTA-TGA）研究了腐殖酸的热分解过程及其动力学,分析其DTA-TGA曲线可得：热分解反应发生在284.65～417.16℃; 用红外光谱（FT-IR）、核磁氢谱（¹H NMR）、核磁碳谱（¹³C NMR）对腐殖酸结构进行表征,用Flynn-Wall-Ozawa（F-W-O）法、Kissinger法及Šatava-Šesták法计算出腐殖酸热分解反应的表观活化能为210.83 kJ·mol^-1,指前因子对数为17.55;确定了其热分解反应的级数和动力学参数,且热分解反应机理为二级反应;腐殖酸在氮气氛围下维持1min寿命的最高使用温度为278℃;同时,计算出腐殖酸样品热力学参数焓变、熵变及摩尔自由能变分别为67.99 kJ·mol^-1、-164.83 J·（mol·K）^-1 和176.36 kJ·mol^-1。     

氧化铁石墨固相还原非等温反应动力学

准确测试固固反应,如铁矿炭还原反应的动力学在科学研究和实际应用中均具有重要意义。利用热重程序升温的方法研究了氧化铁石墨还原的固固反应特性,在惰性气氛下分别考察了研磨与浸渍混合后焙烧制得的Fe₂O₃/C样品的失重曲线,采用Flynn-Wall-Ozawa公式和Coats-Redfern公式相结合的方法分别求算了两种混合样品的固固反应动力学参数,研究发现氧化铁在炭表面的聚集形态与其活化能变化规律直接相关,且浸渍焙烧法所得样品的活化能符合强吸热反应活化能变化规律。结合固体原位XRD表征与气体产物在线分析手段,发现在初始阶段Fe₂O₃即可与C直接反应生成Fe₃O₄和CO₂。该反应的活化能约为530 kJ·mol^-1,反应机理为二级化学反应模型。     

镁钙砂表面沉积MgO涂层的动力学分析

采用MgO碳热还原和扩散氧化法在镁钙砂表面沉积MgO涂层,研究了MgO涂层的沉积动力学、微观形貌、生长机制以及涂层厚度对镁钙砂抗水化性能的影响。结果表明：随着反应温度的升高,沉积过程存在两个控制机理,在1400～1500℃之间,为化学动力学控制,反应为一级反应,活化能为97.82 kJ·mol^-1;在1500～1600℃之间,沉积过程为扩散控制,扩散活化能为19.18 kJ·mol^-1;MgO涂层以方镁石和方钙石为基底均呈二维台阶状生长,但二者生长机制并不完全相同;抗水化实验结果显示最佳处理温度为1600℃、沉积时间为6 h,镁钙砂水化质量增加率为0.02%,约是处理前的1/150。     

D301大孔吸附树脂吸附甘氨酸

通过静态吸附法研究了树脂D301对水溶液中甘氨酸的吸附行为。采用单因素实验法确定了最佳吸附条件为pH 7.5,温度35℃,时间45 min,吸附剂用量为0.1 g,在此条件下最大平衡吸附量可达794.81 mg·g^-1。同时探究了D301对甘氨酸溶液吸附的热力学行为,测得了303.15～318.15 K温度范围内的吸附等温线数据,用Langmuir、Freundlich、Temkin方程对此进行拟合,并根据热力学原理计算得到吸附过程中ΔH^θ、ΔG^θ、ΔS^θ值和吸附表观活化能。结果表明等温吸附平衡符合Langmuir等温线模型,其ΔH^θ 134.75 kJ·mol^-1,ΔG^θ-6.312 kJ·mol^-1, ΔS^θ 450.806 J·mol^-1·K^-1,E_a为81.27 kJ·mol^-1。研究结果表明D301对甘氨酸的吸附为化学吸附和物理吸附共存且为自发进行的吸热过程。     

N2O5/HNO3体系中硝解DADN的反应动力学

采用高效液相色谱跟踪检测了不同温度条件下N₂O₅/HNO₃体系硝解DADN时反应底物、中间体和产物浓度随时间的变化情况。通过对303、313、323、333 K温度下实验数据的分析,计算得到各步的反应速率常数,并最终求得DADN到SEX和SEX到HMX两步的反应活化能分别为2.3996×10⁴ J·mol^-1和1.6598×10⁴ J·mol^-1,指前因子分别为2.2000×10⁴ h^-1和6.5178×10² h^-1。同时,通过柱分离得到的中间产物经结构鉴定为SEX,对其硝基机理进行了分析,实验证明DADN的硝解反应分两步进行,是一级连串反应过程,控制步骤是SEX到HMX。     

阻燃HIPS塑料热解动力学模型

采用热重法进行了含阻燃添加剂的高抗冲聚苯乙烯塑料（flame retarded high impact polystyrene,Br-Sb-HIPS）在不同升温速率下的热解实验,建立了包含3个连续反应的阻燃HIPS热解动力学模型。通过Flynn-Wall-Ozawa法得到阻燃HIPS热解过程的活化能为103～307 kJ·mol^-1,利用多元非线性无约束最优化方法求得模型参数。研究表明,Br-Sb-HIPS 3个反应的活化能和指前因子分别为191.632、213.263、238.331 kJ·mol^-1和11.641、12.772、11.666 min^-1。动力学模型能够很好地预测阻燃HIPS热解过程。     

酚酞烯丙胺型苯并噁嗪树脂的合成、表征及其聚合物的热分解动力学

以酚酞、烯丙胺、多聚甲醛为原料,合成了具有烯丙基的新型酚酞型苯并嗪树脂(PT-ala)。用FT-IR、¹H NMR和DSC表征了其结构和固化特性,并用TG-DTG方法对其聚合物在氮气中的热分解过程动力学进行了详细的研究。结果表明:用Kissinger法和Ozawa法求得的聚合物热分解活化能分别为189.65 kJ·mol^-1和215.11 kJ·mol^-1;用Coats-Redfern法证实了酚酞烯丙胺型聚苯并嗪的热分解反应为一级反应;在氮气氛中维持60 s寿命的最高使用温度为285℃。     

降冰片烯酰亚胺型双苯并嗪的合成及性能

首先用降冰片烯二酸酐、对氨基苯酚为原料合成降冰片烯酰亚胺（NI）,然后用合成的NI、4,4-二氨基二苯醚（ODA）和多聚甲醛为原料进行Mannich反应合成出降冰片烯酰亚胺型双苯并嗪（NI-BOZ）,经高温固化后形成热固性树脂。用FTIR、¹H NMR、¹³C NMR分析了NI和NI-BOZ的化学结构,证实了所得的目标产物;用DSC对NI-BOZ的固化动力学进行研究;用DMA和TGA分析了NI-BOZ的固化物的热性能。结果表明：NI-BOZ的固化反应活化能为86.27 kJ·mol^-1,反应级数为0.91;poly（NI-BOZ）树脂空气条件下的玻璃化转变温度为215℃,氮气条件下失重5%的温度为445℃,失重10%的温度为467℃,在800℃的残碳率为63%。     

催化氧化邻羟基甲苯制备邻羟基苯甲醛的热力学分析

引言邻羟基苯甲醛(o-hydroxybenzaldehyde,OHBA)是重要的有机合成中间体,广泛应用于医药工业[1-2]、农药[3-5]、食品香料与香精、电镀[6]、石油化工和合成纤维等领域。目前合成邻羟基苯甲醛的方法很多,从原料的角度主要可以分为以邻羟基苯甲醇、邻羟基苯甲酸、苯酚和邻羟基甲苯为原料的合成方法[7]。其中由于邻羟基甲苯廉价易得,且以其为原料的空气/氧气直接氧化法[8-12]环境污     

十水草酸铈的热分解过程以及热分解动力学研究

利用TG-DSC法研究了十水草酸铈在N₂和O₂氛围下煅烧过程的差异及其分解动力学机理。结果表明,十水草酸铈在N₂气氛下煅烧时,煅烧产物CeO₂表面附着有黑色的炭黑,而在O₂气氛下煅烧时,仅得到浅黄色的CeO₂。依据实验结果推测,十水草酸铈在N₂气氛下煅烧时经历3步热分解过程;而在O₂气氛下煅烧时经历2步分解过程,第1步为十水草酸铈脱去十分子结晶水生成无水草酸铈,第2步为无水草酸铈氧化分解为CeO₂。最后,对十水草酸铈在O₂气氛下煅烧时的2步热分解动力学机理进行了研究。结果表明,第1阶段脱水过程的活化能在53.50~65.63 kJ·mol^-1之间,第2段氧化分解过程的活化能约为156.52 kJ·mol^-1。十水草酸铈热分解过程以及热分解动力学的探究能够为其后续煅烧制备CeO₂提供重要的热力学数据。     

4-硝基苯胂酸合成反应的热力学计算机模拟

采用密度泛函理论中的B3LYP方法,通过计算机模拟,研究了4-硝基苯胂酸合成反应中各物质的结构。在此基础上对反应热力学进行了模拟计算,通过计算,优化了反应物与产物的几何构型与电子分布,并得到了4-硝基苯胂酸合成反应的主副反应焓变、Gibbs自由能变以及反应平衡常数。模拟计算结果表明,主反应的焓变 为-15.0 kJ·mol^-1,为放热反应,副反应的焓变为10.0 kJ·mol^-1,为吸热反应,主反应的标准Gibbs自由能变为39.7 kJ·mol^-1,而副反应的Gibbs自由能为45.2 kJ·mol^-1,该反应为不可逆反应。4-硝基苯胂酸合成反应的热力学性质的计算为反应工艺条件的控制和热力学研究提供了理论指导。     

油页岩热解的FG-DVC模型

为研究油页岩结构与热解反应性之间的关系,在TG-FTIR分析仪上对甘肃油页岩在不同升温速率条件下（5、20、50℃·min^-1）进行了热解实验研究,对CH₄、CO、CO₂、H₂O和页岩油进行了定量分析,并采用非线性最小二乘拟合方法求解各组分析出的动力学参数,同时采用基于燃料化学结构的FG-DVC模型对各组分的析出过程进行了模拟。结果表明：油页岩的脱挥发分过程主要发生在200～600℃之间;油页岩中有机质所含官能团以脂肪烃为主;由于各官能团活性不同,导致气态产物的析出有先后顺序;由非线性最小二乘拟合方法获得的各种产物析出的活化能E分布在188～239 kJ·mol^-1之间,而指前因子A在10⁹～10¹³ s^-1之间;各产物的FG-DVC模拟结果与实验数据较为相符,这说明用FG-DVC模型来描述甘肃油页岩的热解脱挥发分过程是比较合适的。