废弃碳纤维/环氧树脂复合材料的热解特性及动力学研究

采用热重分析仪对废弃碳纤维/环氧树脂复合材料(CF/EP复合材料),分别在升温速率为6. 67℃·min~(-1)、10℃·min~(-1)和13. 33℃·min~(-1)下进行热解,考察了不同气氛及不同升温速率对CF/EP复合材料热解的影响。结果表明:升温速率和反应气氛对废弃CF/EP复合材料热解过程及特性有重要影响;废弃CF/EP复合材料在氮气氛下热解反应速率较快阶段只有一个阶段,为第一失重阶段,且为一级反应模式。废弃CF/EP复合材料在空气氛下的热解反应速率较快阶段有两个阶段,第一失重阶段为二级反应模式,第二失重阶段为0. 5级反应模式;空气氛下热解第一失重阶段在相同分解温度下与氮气氛下热解反应机理不同;提高升温速率可显著增加废弃CF/EP复合材料热解的表观活化能和指前因子;经外推法可知,氮气氛表观活化能为55. 84 kJ·mol~(-1),空气氛第一失重阶段表观活化能为39. 24 kJ·mol~(-1),第二失重阶段表观活化能为-8. 62 kJ·mol~(-1)。     

808废旧家电塑料ABS的热解动力学分析

热重法对废旧计算机外壳塑料ABS的热解研究表明,热解过程可分为四个阶段: 293～453K为第一热稳定阶段;453～630K 为第一热失重阶段;630～800K为第二失重阶段;800～1073K为第二热稳定阶段.升温速率对热解有较显著的影响,随着升温速率的增加,Ti、Tf和Tm随之提高, 但各阶段的最终失重率并无大的改变.热解动力学研究表明, 废旧塑料ABS在第二个失重阶段的热解反应级数约为1.5, 热解活化能受升温速率和转化率的影响, 活化能值155.48～167.87KJ·mol-1之间, 整个失重段内的活化能平均值为161.22KJ·mol-1.频率因子(以lnA值计)在11.09～12.12之间.     

废旧家电塑料ABS的热解动力学分析

热重法对废旧计算机外壳塑料ABS的热解研究表明,热解过程可分为四个阶段:293～453K为第一热稳定阶段;453～630K为第一热失重阶段;630～800K为第二热失重阶段;800～1073K为第二热稳定阶段.升温速率对热解有较显著的影响,随着升温速率的增加,Ti、Tf和Tm随之提高,但各阶段的最终失重率并无大的改变.热解动力学研究表明,废旧塑料ABS在第二个失重阶段的热解反应级数约为1.5,热解活化能受升温速率和转化率的影响,活化能值在155.48～167.87 KJ·mol-1之间,这个失重段内的活化能平均值为161.22 KJ·mol-1.频率因子(以lnA值计)在11.09～12.12之间.     

基于TG-FTIR的大豆蛋白热解特性研究

利用TG-FTIR技术考察了大豆蛋白在不同升温速率下的热解特性及产物释放情况,并根据TG数据对大豆蛋白在热解过程中动力学及热力学参数的变化进行分析.结果表明:大豆蛋白的热解温度区间为250～450℃,不同升温速率下最大失重速率对应温度分别为329.0、331.7、347.2℃;热解过程释放大量NH3、HCN、胺类、酰胺等含氮化合物;在主要反应区间内,大豆蛋白热解表观活化能的平均值为214.46 kJ·mol-1;随着热解程度的加深,表面扩散由控速步骤变为非控速步骤.     

竹材热解动力学特性分析

采用热重分析法研究了氮气气氛下竹材的热解行为及其动力学特性,分析了升温速率和粒径对竹材热解过程及动力学参数的影响. 结果表明,竹材热解分为干燥、预热解、热解和缓慢热解４个阶段;升温速率对竹材的热失重特性有显著影响,当升温速率从40℃/min增加到100℃/min时,竹材热解出现了滞后现象,热解活化能从130.87 kJ/mol下降到73.85 kJ/mol,频率因子及反应级数单调减小;不同升温速率下计算的活化能和频率因子之间存在良好的补偿效应;当粒径大于380 mm时,竹材的热解不仅受动力学控制,受颗粒传热、传质影响也较大.     

基于热重-红外联用技术分析油酸的热解特性及动力学分析

利用热重红外联动技术（TG-DTG-FTIR）研究了橡胶籽油中的单不饱和游离脂肪酸油酸组分在不同升温速率（5℃/min、10℃/min、20℃/min、30℃/min）下的热解特性。然后,用多元线性回归法对油酸非等温热解所得到的特性参数进行研究并计算,求得不同升温速率下对应的反应级数、活化能和指前因子,并对不同升温速率下油酸热解反应活化能和指数前因子作线性拟合。结果表明：油酸热解过程主要可分为0～268℃和268～300℃两个阶段,由红外谱图特征峰的分析可知,不同升温速率下,在油酸热解的阶段内均出现了水蒸气、CH₄、CO₂和CO这4种主要气体挥发分。随着升温速率的增大,油酸热解的最大失重速率随之增大,热解区间也向着高温段移动,同时计算在升温速率从5～30℃/min的过程中,反应级数n=1时,热解反应活化能由105.57kJ/mol降低至93.99kJ/mol,指数前因子由6.99×10⁶降低至6.7×10⁵;n≠1时,热解反应活化能由102.45kJ/mol降低至93.38kJ/mol,指数前因子由3.13×10⁶降低至2.97×10⁴,反应活化能和指数前因子随升温速率的增大出现明显减小。通过对不同升温速率下油酸热解反应的活化能和指数前因子进行线性拟合后发现,两者间具有较好的补偿效应。     

神华煤热解特性与非等温动力学研究

利用热重分析法对神华煤热分解特性进行了研究,探讨了升温速率对煤热解失重过程的影响。热重分析表明,神华煤最适宜的液化温度为340℃～531℃。采用Flynn-Wall-Ozawa法对热解动力学参数进行求解,并结合Satava-Sestak法对神华煤热解机理进行推测,结果表明,神华煤热解过程为三维扩散机理,整个热解反应活化能分布区间为124.8kJ/mol～217.1kJ/mol。在热解温度范围内,神华煤热解的表观活化能随着反应深度的增加而降低。     

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。     

松木屑生物质热解特性研究

以氮气为载气,采用热重分析仪对松木屑进行热解实验,考察了载气流速、升温速率等对松木屑热解过程的影响,求解了热解表观动力学参数。研究表明,松木屑的热解过程分三个阶段,主要热解温度为200～450℃,600℃后热解反应基本完成;载气流速对热解反应影响较小,升温速率对热解反应影响较大;松木屑热解表观活化能在40～70 kJ/mol范围内。     

碳气化反应的机理及热分析动力学研究

采用热分析（TG、DTG、DSC）技术,进行不同升温速率（10℃/min,,20℃/min,30℃/min）下碳气化反热分析研究。结果表明：在线性升温条件下,碳气化反应分为反应放热的缓慢阶段和吸热的快速阶段。慢速气化阶段呈现放热的原因是CO2在固体碳表面发生吸附作用热大于气化反应热。通过Coats-Redffen法求解动力学参数,得出慢速和快速气化阶段的活化能分别为65.68～33.38kJ·mol-1和159.26～105.58kJ·mol-1,并随升温速率的提高而降低。     

纤维素热解动力学分析方法研究

以微晶纤维素为原料,在氮气气氛中利用热重分析仪考察了不同升温速率条件下纤维素的热解实验,分析了纤维素的热解动力学特性。采用双等双步法和Popescu法从热分析动力学的41种机理函数中选取最概然反应机理函数,同时运用Freeman-Carroll法、Coats-Redfern法、Starink法和双等双步法4种热分析方法计算热解反应活化能（E）、指前因子（A）,并对结果进行了分析比较。结果表明,随着升温速率提高,纤维素热解起始温度增加,热失重速率升高;纤维素的热解过程可分为4个阶段：脱水预热（40~120℃）、热解初期（120~260℃）、主要热解失重（260~400℃）和炭化（400~900℃）。纤维素主要热解段分两个阶段进行,其活化能在低温段（260~350℃）时,为166~176 kJ/mol,高温段（350~400℃）时,为171~216 kJ/mol;采用反Jander动力学模型能较好地描述主要热解反应过程;采用单一扫描速率法（Freeman-Carroll法和Coats-Redfern法）分析结果与实际值有较大偏差,多重扫描速率法（Starink法和双等双步法）得到的结果更具可靠性。     

东胜煤非等温热解特性与动力学参数确定

采用热重法考察了升温速率对高挥发分弱黏结性东胜煤热解特性的影响,结果表明:煤热解的3个阶段特征明显,最大失重速率温度(Tp)介于430℃￣480℃之间,由回归方程得到Tp和升温速率Ф之间的关系式为:Tp=1.124 4Ф+426.95;并采用非等温热重法对东胜煤的热解动力学参数进行了计算,结果表明其热解动力学参数能很好地反映煤的热解状况,东胜煤的反应级数确定为3。     

长白松热解特性及热解动力学研究

为获取长白松的热解特性,预防森林火灾发生,以长白松的树枝、球果、树皮和松针作为研究对象进行热解过程分析,并采用Coats-Redfern法进行热解动力学分析,以球果为研究对象探究各种因素对长白松热解的影响。实验结果表明：4种材料的热解过程均可分为4个阶段,其中主要失重阶段的质量损失率为60%左右。升温速率越大,热解越不充分,并且存在热滞后现象,25℃/min时质量损失率最小（80.34%）;粒径大小对TG、DTG曲线影响较小,粒径越小,内外部受热更均匀,因此0.20 mm粒径的材料质量损失率最大（91.18%）;氮气气氛下主要失重阶段有一个失重峰,而在高纯空气气氛下有两个失重峰,且长白松球果在高纯空气中热解时间更长,热解更充分,促进作用更强,质量损失率为98.14%。热解动力学分析结果显示：4种材料的最佳机理函数为"三维扩散",活化能最大的是树枝（157.04 kJ/mol）,最小的是松针（98.19 kJ/mol）,球果的活化能为148.08 kJ/mol,树皮的活化能为115.04 kJ/mol,因此,要格外注意对松针和树皮的防火工作。     

临港含油污泥的热解动力学分析

对含油污泥及其抽提油和热解油的组成进行分析。采用热重分析仪对含油污泥在空气氛下的热重特性进行实验研究, 考察不同升温速率下的热重(TG)和差热分析(DTA)曲线。采用Coats-Redfern积分法, 基于9种不同动力学机制模式函数分别对200～600℃之间的热重分析数据就ln[g (a)/T²]对1/T进行校正决定系数分析, 拟合反应动力学活化能和指前因子。实验结果表明:随着升温速率的增加, 油泥的TG和DTA曲线都向高温方向移动。含油污泥的热解阶段分为200～400℃和400～600℃两个阶段, 第一个阶段符合三维扩散反应动力学机制;第二个阶段含油污泥的热解反应符合一级反应规律。     

煤沥青球的氧化不熔化过程特性

氧化不熔化过程是煤沥青基球状活性炭制备中的核心工艺,对其过程特性和动力学机理的认识是实现氧化过程工艺优化的关键。本文以煤沥青萃取球为原料,通过实验研究,重点探讨了粒径范围、升温速率和氧化温度对其氧化不熔化过程的影响,并确定氧化动力学参数及其反应机理函数。结果表明：氧化不熔化过程可分为轻组分热解、初步氧化、氧化增重和恒温氧化失重4个阶段。煤沥青球经过氧化不熔化后,C、H含量减少,O含量增加,表面光滑平整。减小粒径并选取合适的升温速率（0.25～0.5℃·min^-1）以及氧化温度（275～325℃）,更有利于氧化不熔化快速稳定地进行。粒径范围为0.3～0.6 mm的煤沥青球在升温速率为0.5℃·min^-1、氧化温度为300℃的条件下活化能最小,各个阶段的值分别为83.34、293.19、302.25和357.05 kJ·mol^-1。     

基于非等温法的废弃环氧树脂电路板热解动力学分析

热解技术在处理废弃电路板，回收电路板中的金属，实现树脂、玻璃纤维等非金属成分的资源化方面发挥愈来愈重要的作用，但目前对于不含任何电子元件、含少量铜箔的废弃环氧树脂电路板的热解机理研究尚不明确。为阐述其热解催化作用，采用同步热分析仪和气相色谱-质谱联用(GC-MS)仪对不同升温速率(5, 10, 15, 20℃/min)下电路板的热解特性及热解机理进行分析。结果表明，废弃电路板热解过程主要分为四个阶段：表面残余水蒸发或其他小分子散逸、环氧树脂侧链基团氧化、四溴双酚A的分解和热解残留物分解；运用Kissinger法、Flynn-Wall-Ozawa法及Friedman法等明确单一反应的热解区间并求解热分解反应动力学参数，最终得到指前因子1.14×1022 min-1和活化能218.533 kJ/mol；采用?atava-?esták法和主曲线法进行机理函数对比分析，最终表明废弃环氧树脂电路板适用随机成核与增长模型：Avrami-Erofeev方程模化。研究结果可为促进热解技术的应用提供理论支撑。     

Study on thermal decomposition characteristics and kinetics of soybean

In this paper, the thermal degradation kinetics of soybean was studied by dynamic thermogravimetry (TGA). The thermal decomposition characteristics and kinetics of soybean under different pyrolysis conditions were explored by changing the heating rate (5, 10, 20 and 40℃/min) and the atmosphere conditions (nitrogen and air). According to the trend of TGA and DTG curves, the pyrolysis of soybean can be divided into four stages: the first two stages correspond to the removal of free water and crystal water, and the last two stages correspond to the secondary decomposition stage and the main decomposition stage of main components (starch, protein and fat). In the latter two stages, due to the presence of oxygen, the thermal decomposition process of soybean appeared different, and the activation energy and carbon residue rate of the reaction decreased. Compared with pyrolysis in nitrogen atmosphere, soybean showed lower activation energy and fire safety in air atmosphere. In this paper, the difference of pyrolysis kinetics of soybean in different atmosphere was studied for the first time, and the intrinsic law of pyrolysis and its fire safety were revealed.     

大豆的热分解特性及其动力学探究

动态热重分析（TGA）被用来研究大豆的热降解动力学,通过改变大豆热解时的升温速率（5,10,20和40℃/min）以及气氛条件（氮气和空气）探索了大豆在不同热解条件下的热解特性。并结合对相应热解条件下的动力学参数（表观活化能E_k）进行求解,探究了大豆的火灾安全性。结果表明,大豆的热解可以分为四个阶段：前两个阶段对应自由水和结晶水的脱除,后两个阶段对应主要成分（淀粉、蛋白质和脂肪）的次分解阶段和主要分解阶段。后两个阶段,由于氧气的存在,导致大豆的热分解出现了不同的历程,800℃时的残炭率降低。且与氮气气氛下热解相比,大豆在空气气氛下表现出更低的反应活化能和火灾安全性。     

Kinetic Model of Biomass Pyrolysis Based on Three-component Independent Parallel First-order Reactions

The pyrolysis behavior of two kinds of typical biomass (pine wood and cotton stalk) was studied in nitrogen atmosphere at various heating rates by thermogravimetric analysis (TGA). The pyrolysis process can be divided into three stages: evolution of moisture (<200℃), devolatilization (200~400℃) and carbonization (>400℃). The comparison of DTG curves of two biomass materials show that the higher the hemicellulose content of biomass, the more evident the shoulder peak of DTG curve. The weight loss process of two materials was simulated by the kinetic model assuming cellulose, hemicellulose and lignin pyrolyzing independently and in parallel, obeying first-order reactions. The pyrolysis kinetic parameters corresponding to the three components were estimated by the nonlinear least square algorithm. The results show that their fitting curves are in good agreement with the experimental data. Their activation energy values for pine wood and cotton stalk are in the range of 188~215, 90~102, 29~49 and 187~214, 95~101, 30~38 kJ/mol, respectively. The corresponding pre-exponential factors are in the range of 1.8′1015~2.0′1016, 1.6′107~7.1′108, 9.3′101~1.5′103 and 1.2′1015~6.7′1017, 1.2′108~1.4′109, 1.4′102~4.6′102 min-1, respectively. In addition, the activation energy of cellulose and lignin increased and their contributions to volatile tended to fall, whereas the activation energy of hemicellulose decreased and its contribution to volatile tended to rise with increasing of heating rate.