玉米秸秆颗粒热解活化过程的热力学和动力学研究

利用热重分析研究了玉米秸秆颗粒制备活性炭的热解和活化过程.热解采用氮气为保护气体,升温速率 K/min,终温723 K,恒温时间30 min.热解过程主要发生在40～620 K之间,热解炭材微孔结构和机械强度良好.活化采用CO2为活化剂,升温速率10 K/min,终温1073 K,恒温时间20 min,活化反应主要发生在90～1070 K之间,得到的活性炭具有较大的比表面积(404.6 m²/g)和优良的吸附性能.通过对热解和活化过程的热重及差热变化综合分析,确定了两段热化学反应的活化能和频率因子.了解了热解和活化过程的热力学和动力学特性,为制备优质的生物质颗粒活性炭提供理论指导作用.     

小麦与玉米秸秆的热解过程及其动力学分析

采用热分析仪,通过研究在氮气气氛下,升温速率分别为20、40、60和80℃/min时小麦和玉米秸秆的热解过程得出：小麦和玉米秸秆的热解过程可以分为预热解、快速热解和慢速热解三个阶段;随着升温速率的升高,热解最大速率增加,其对应的温度向高温区移动,活化能和指前因子增大,动力学拟合直线的相关系数降低。     

油页岩与玉米秸秆共热解特性研究

在固定床反应器中,研究了油页岩与玉米秸秆的共热解行为,利用红外和元素分析技术对油品进行比较。结果表明共热解对整体分解率与气产率有促进效果,油产率与玉米秸秆掺混比例有关。当玉米秸秆掺混比例小于等于30%,共热解提高了油产率、高位热值和H/C,抑制了氧含量,当掺混比例大于等于60%时结果相反,油品下降严重。在官能团分布中,共热解油中C=O浓度下降,O-H浓度上升,芳香类物质增加。     

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。     

废轮胎热解动力学分析

在热重分析TG／DTG实验基础上,建立了废轮胎热解的动力学模型,通过分析计算得到了热解反应的活化能和前指因子等参数,并用积分法确定了废轮胎在低温与高温两个阶段的热解失重速率函数f（a）的函数表达式,即低温阶段（〈396．3℃）：f（a）=3/2（1＋a）2/3[（1＋a）1/3]-1高温阶段（〉396．3℃）：f（a）...     

白炭黑胎面胶热解动力学研究

在不涉及动力学模型假设的条件下,通过整合多动力学研究方法完成白炭黑胎面胶复杂热解过程的动力学分析,得到热解动力学反应机制并准确得出热解动力学三因子（机理函数、活化能和指前因子）。结果表明：白炭黑胎面胶的热解过程可分为子反应Ⅰ和Ⅱ两个阶段,子反应Ⅰ的机理函数为f（α）＝0.247 3α-3.043 7,活化能为155.26 kJ·mol-1,指前因子为1.288×1012 min-1;子反应Ⅱ的机理函数为f（α）＝0.414 2（1－α）[－ln（1－α）]-1.414 3,活化能为315.40 kJ·mol-1,指前因子为3.099×1024 min-1。     

预处理对麦秸热解特性的影响及其动力学分析

用热重法分析研究了不同预处理方法(水洗、酸洗、碱处理、微波、超声处理)对麦秸热解过程的影响。结果表明:水洗和酸洗都能够提高热解产物中挥发分的含量;碱处理可以使麦秸热解起始温度和最大热解速率向低温区域移动,并能够明显降低最大热解速率;超声处理可以提高最大热解速率。用单一升温速率法对热解获得的热重-热重微分(TG-DTG)数据进行动力学分析得到了经预处理后,麦秸热解机理发生改变,活化能有所降低,其中氢氧化钠的作用最为明显,将热解活化能从151.44kJ/mol降至84.09kJ/mol。     

芦苇秆热解特性及动力学分析

为了充分利用芦苇秆生物质能源,以不同升温速率对芦苇秆进行热重实验,分别运用Coats-Redfern（CR）法、Flynn-Wall-Ozawa（FWO）法、Kissinger-Akahira-Sunose（KAS）法计算芦苇秆热解动力学参数,并利用主函数图法确定反应机理和动力学。结果表明：芦苇秆热解可分为4个阶段,其中190~400℃为主要热解阶段。在此阶段,将3种方法计算所得转化率（α）与实验数据进行对比,发现当温度大于250℃时,Coats-Redfern法计算值与实验数据偏差较大,而Flynn-Wall-Ozawa法与Kissinger-Akahira-Sunose法在整个阶段内吻合度较高。由主函数图法可知芦苇秆热解最佳反应机理为随机成核,反应级数为2。对比残差平方和发现,Kissinger-Akahira-Sunose法相比于Flynn-Wall-Ozawa法更适合计算芦苇秆热解动力学参数,计算的表观活化能随转化率的增大呈先增大后减小的趋势,并在转化率为50%时达到最大值286.9 kJ/mol。     

生漆提取剩余物热解动力学研究

利用热重分析(TGA)对生漆提取剩余物进行热解动力学研究。采用Kissinger, Friedman, Flynn-Wall-Ozawa(FWO)、Kissingr-Akahira-Sunose(KAS)和Coats-Redfern方法来估算生漆提取剩余物分解过程的活化能。结果表明：生漆提取剩余物热分解阶段为两个阶段,第一阶段最大热失重速率温度为293℃,第二阶段最大热失重速率温度453℃。推断生漆提取剩余物热分解过程对应的机理函数为21号,即Prout Tompkins方程(催化,分支随机成核),其机制函数的积分形式：■。求解得E_a=275.70KJ/mol, lnA=46.69,A=1.89×10²⁰min^-1,且具有较长的贮存期。     

内蒙和印尼褐煤的热解特性及动力学分析

采用非等温热重法对内蒙和印尼两种褐煤的热解特性进行了研究,探讨了升温速率对热解过程的影响,然后用Doyle积分法对褐煤的热解进行了动力学分析.研究表明,两种褐煤的热失重过程都分为四个阶段,第一阶段(室温～200℃)为干燥脱气阶段,其他三段为煤热解阶段.升温速率对热失重过程略有影响,通过动力学分析所得的热解动力学参数能很好地反映煤的热解情况.     

基于TG-FT-IR的关中麦秆热解特性及动力学研究

利用TG-FT-IR技术分别以5、10、20℃/min 3种不同的升温速率,在室温至1000℃下对陕西关中地区麦秸秆(麦秆)的热解行为、特性及动力学进行了研究。研究结果表明,关中麦秆的热解过程可分为4个阶段:失水(室温到150℃)、半纤维素热解(150~300℃)、纤维素热解(300~380℃)及木质素热解(380~1000℃);升温速率的升高使关中麦秆的起始热解温度提高,较低的升温速率可克服热解过程中的传热滞后现象,更有利于关中麦秆的热解。关中麦秆升温速率20℃/min下最大失重速率处的的热解产物主要为H₂O、CH₄、CO₂、CO及一些芳香族、酸类、酮类、醛类、醇类、烷烃、酚类和醚类等有机物。通过无模式函数法中的FWO和KAS法对关中麦秆的热解表观活化能在转化率(α)0.1~0.8内进行了计算,所得活化能均约为202 kJ/mol。此外,Kissinger法估算所得表观活化能约为171.12 kJ/mol,略低于FWO法和KAS法热解表观活化能。     

赤泥对玉米秸秆催化热解生物油的影响规律研究

将经过不同温度煅烧的赤泥与玉米秸秆按照一定质量比混合,在500℃下进行催化热解实验,研究赤泥对玉米秸秆生物油组成的影响规律。经TG-DTG和XRD分析发现：600℃煅烧后赤泥（RM600）中含水矿物失水,1 000℃煅烧后赤泥（RM1000）中碳酸盐类化合物分解完全,并且发生了烧结反应。对生物油进行GC/MS分析发现：经过干燥的赤泥（RM）和600℃煅烧的赤泥对羧酸酮基化反应具有明显促进作用,酸类的量降低,酮类的量相应增加,同时对呋喃类的生成也有促进作用。其中,干燥赤泥降酸作用更明显,玉米秸秆与赤泥质量比1：5时,生物油中酸类的量由未添加赤泥时的23.85%降至0.90%。此外,2种赤泥对糖类和醛类都有抑制作用,而1 000℃煅烧的赤泥发生烧结反应,催化作用大幅降低,对生物油组分影响较小。     

玉米秸秆快速热解

在不同传热状态下进行了玉米秸秆粉料的热解气化实验,探索了玉米秸秆快速热解制生物油的工艺条件. 结果表明:在480℃左右的温度下,实收45%左右的液体产品. 采用改进的固体热载体循环流化技术,秸秆粉料也能实现连续高温热解,不用富氧和蒸汽作流化剂,在700℃以上获得了热值大于11 MJ/Nm3的生物煤气.     

秸秆/淀粉发泡材料的制备与表征

以秸秆为原料,加入玉米淀粉、甘油、胶黏剂、填充剂和交联剂后烘焙发泡,制得复合发泡体。分析发泡体的密度、力学性能以及自降解性能,通过Design Expert Version 7.0.0软件对实验进行中心组合设计。结果显示：NaOH浓度、淀粉、胶黏剂和交联剂添加量对发泡体密度的交互影响显著;发泡体为黄褐色,表面光洁,气孔均密;单因素实验显示反应时间为10~14小时,反应温度为65~67℃;降解性能可能与淀粉添加量和周围环境有关。     

玉米秸秆全组分气凝胶的制备及其表征

以玉米秸秆为原料,经溴化锂溶液溶解、叔丁醇溶液置换制备得到玉米秸秆全组分气凝胶,利用单因素试验对制备条件进行优化,并通过SEM、FT-IR、N₂吸附-脱附试验和光学接触角等手段表征气凝胶相关性能。研究结果表明：不同工况下,溴化锂溶解玉米秸秆形成凝胶的时间均不超过10 min,在较优条件(溴化锂质量分数66%、反应温度130℃、固液比1∶45(g∶g)、反应时间50 min)下制备的玉米秸秆全组分气凝胶密度可低至0.027 4 g/cm³,比表面积为98.43 m²/g,并具有超亲水性和超亲油性,对去离子水和大豆油的最大吸附倍率分别为15.04和18.78 g/g。SEM分析表明制备的全组分气凝胶具有二维片状和三维网络结构;FT-IR分析表明全组分气凝胶中含有纤维素、半纤维素和木质素成分,纤维素中的氢键网络被破坏。     

Pyrolysis properties and kinetic model of an asphalt binder containing a flame retardant

In this study, thermogravimetry (TG) experiments were employed to study the influence of magnesium hydroxide (MH) on the pyrolysis characteristics of an asphalt binder. Pyrolysis models of the asphalt binder were developed to reveal the flame‐retarding mechanism of MH. The TG experimental results showed that the pyrolysis process of the asphalt binder in N₂ was a one‐stage reaction. The asphalt binder containing MH had a higher residue yield ratio at a high temperature, and TG and differential TG curves showed a dramatic shift toward higher temperatures with an increase in the MH concentration; this indicated that MH inhibited the thermal decomposition of the asphalt binder. By optimal identification of the pyrolysis mechanism function, the pyrolysis reaction of the asphalt binder was found to follow the model of one‐dimensional diffusion (parabolic law), whereas that of the flame‐retarding asphalt binder followed the model of three‐dimensional diffusion (the Ginstling–Brounshtein equation). On the basis of the models, the calculation results for the pseudo activation energy indicated that the thermal stability of the asphalt binder in the pyrolysis process was obviously improved by the addition of MH. We conclude that the flame retardancy of asphalt binders can be enhanced by the use of MH, and MH may be a potential flame retardant for asphalt binders used in tunnel asphalt pavement. © 2010 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci, 2011     

玉米秸秆氨化汽爆处理及其固态发酵

在加氨条件下对玉米秸秆进行了汽爆处理(简称氨化汽爆)和固态发酵. 结果表明: 氨化汽爆同样可使秸秆中的半纤维素降解,并使玉米秸秆的酶解率提高到42.97%, 同时可使秸秆的有机氮含量提高1.27倍. 利用氨化汽爆秸秆进行固态发酵,可提高蛋白含量到23.45%,比不加氨汽爆的玉米秸秆提高了1倍. 而加过氧化氢的氨化汽爆不利于微生物发酵.     

烘焙预处理对玉米秸秆磷酸法活性炭制备及性能影响

以玉米秸秆为原料,研究烘焙预处理对磷酸法活性炭的制备及性能影响。研究结果表明：烘焙预处理使玉米秸秆碳元素含量和固定碳含量增加而挥发分含量降低,增加热解焦炭质量,且烘焙温度影响强于烘焙时间。烘焙处理使玉米秸秆活性炭比表面积先增加后减小,总孔容和中孔率减小,而微孔率显著增加。烘焙预处理有助于提高活性炭吸附性能,当100 g粒径为154～450μm玉米秸秆颗粒经烘焙预处理,预处理条件为烘焙温度240℃、烘焙时间60 min时,预处理后的玉米秸秆含C 51.32%,固定碳27.64%,灰分4.72%。采用磷酸活化法将预处理后的玉米秸秆制备成活性炭,制备条件为浸渍比1∶4(玉米秸秆与55%磷酸溶液的质量比),浸渍温度140℃,浸渍时间90 min,活化温度400℃,活化时间60 min,此条件下制备的玉米秸秆活性炭比表面积达1 317.05 m²/g,碘吸附值、亚甲基蓝吸附值和焦糖脱色率分别为876 mg/g、 210 mg/g和100%。