基于多重扫描速率法的辉钼矿氧化焙烧动力学参数分析

利用热重(TG)及X射线衍射(XRD)分析技术,考察不同升温速率下辉钼矿氧化焙烧特性,研究了辉钼矿氧化焙烧动力学。结果表明,在空气气氛下,辉钼矿氧化焙烧过程TG曲线上的失重台阶、DTG曲线上的最大失重速率峰以及DSC曲线上的吸放热峰呈现对应关系,800℃时,辉钼矿氧化焙烧产物为?-Mo O3。采用Flynn-Wall-Ozawa法和Kissinger法计算了辉钼矿氧化焙烧过程在500～650℃时的反应活化能,结果显示,反应活化能随转化率的变化呈现先减后增的变化趋势,其表观活化能分别为76.1和70.4 kJ/mol。     

白云石催化成型松木的热解动力学研究

以成型松木颗粒为原料和以白云石为催化剂进行热失重试验,研究升温速率和白云石的比例对成型松木颗粒的动力学影响。结果表明,随着升温速率(10,20,30,40 K/min)的增加,松木颗粒的失重率分别减少到19.06%,20.85%,22.97%,23.69%,但对最大微分热失重的影响较为明显,从-9.05%/min增加到-35.79%/min。在升温速率30 K/min下,加入10%,15%和20%的白云石,失重率从75.81%减少到73.64%,71.56%,并且在微分热失重曲线中的失重峰从2个增加到4个,第3个和第4个失重峰是由Ca(OH)_2和CaCO_3分解导致的。运用Coats-Redfern法求解在不同的升温速率和不同比例的白云石下松木颗粒的动力学参数发现,随着温度的增加,表观活化能和指前因子均在减少,分别从75.38 k J/mol、19.14 min^(-1)减少到71.15 k J/mol、17.10 min(-1)减少到71.15 k J/mol、17.10 min^(-1);随着白云石比例的增加,表观活化能和指前因子均在减少,分别从61.51 k J/mol、15.88 min(-1);随着白云石比例的增加,表观活化能和指前因子均在减少,分别从61.51 k J/mol、15.88 min^(-1)减少到48.56 k J/mol、13.14 min(-1)减少到48.56 k J/mol、13.14 min^(-1),表明提高升温速率和加入白云石能降低表观活化能,利于降低反应的能耗,提高生物质热解反应效率。     

回收高密度聚乙烯的热降解动力学研究

研究了回收高密度聚乙烯的热降解动力学参数。采用热重分析法,分别测定了在氮气气氛中5、10、15、20℃/min四种不同升温速率下的热降解过程,得到四条热重曲线,采用kissinger法及Flynn-Wall-Ozawa法对改性前后PE回料的热分解动力学进行了分析,并用Crane公式对反应级数进行了求解。结果表明无论是否改性,PE回料的热失重均为一步降解反应,且提高升温速率后热重曲线向高温方向移动,但未改性PE回料体现出的热滞后现象要更加严重。kissinger法求得改性前材料的降解活化能E1=75.09k J/mol,表观指前因子ln A1=20.23;改性后降解活化能E2=316.18k J/mol,表观指前因子ln A2=43.22。ozawa法求得改性后PE回料的不同转化率下降解活化能E均有所提高,且活化能与转化率的关系曲线更加复杂。Crane公式求得改性前的PE回料热降解反应反应级数为0.933369,线性拟合系数为0.98909;改性后,其反应级数为0.961909,线性拟合系数为0.99565。且可由断裂的分子理论得出改性后PE回料的力学性能得到了增强。     

白云石催化成型松木的热解动力学研究

以成型松木颗粒为原料和以白云石为催化剂进行热失重试验,研究升温速率和白云石的比例对成型松木颗粒的动力学影响。结果表明,随着升温速率(10,20,30,40 K/min)的增加,松木颗粒的失重率分别减少到19.06%,20.85%,22.97%,23.69%,但对最大微分热失重的影响较为明显,从-9.05%/min增加到-35.79%/min。在升温速率30 K/min下,加入10%,15%和20%的白云石,失重率从75.81%减少到73.64%,71.56%,并且在微分热失重曲线中的失重峰从2个增加到4个,第3个和第4个失重峰是由Ca(OH)_2和CaCO_3分解导致的。运用Coats-Redfern法求解在不同的升温速率和不同比例的白云石下松木颗粒的动力学参数发现,随着温度的增加,表观活化能和指前因子均在减少,分别从75.38 k J/mol、19.14 min~(-1)减少到71.15 k J/mol、17.10 min~(-1);随着白云石比例的增加,表观活化能和指前因子均在减少,分别从61.51 k J/mol、15.88 min~(-1)减少到48.56 k J/mol、13.14 min~(-1),表明提高升温速率和加入白云石能降低表观活化能,利于降低反应的能耗,提高生物质热解反应效率。     

乌拉盖褐煤热解特性及反应动力学参数研究

为获得较好的褐煤半焦制备工艺参数,研究了不同制备条件(热解终温、升温速率、原煤粒径、热解气氛)下制得的乌拉盖褐煤半焦的燃烧性能和燃烧动力学参数。结果表明,热解终温对半焦品质的影响最大,热解升温速率、原煤粒径和热解气氛对半焦燃烧特性的影响不显著。热解终温由350℃升至600℃时,反应指数RI由235℃升至292℃,半焦着火性能变差;燃尽指数Cb由4.68升至6.15,半焦燃尽性能变差;爆炸指数Kd由2.54降至0.46,半焦爆炸倾向性变低;反应活化能由44.4 k J/mol升至63.4 k J/mol,半焦燃烧动力学特性变差。热解终温为520℃时制得的半焦反应指数、燃尽指数、爆炸指数和反应活化能分别为265℃,5.34、0.80和53.2 k J/mol,属于易着火、易燃尽、中等爆炸燃料,燃烧特性良好。     

用DSC研究涤纶粘合活化油剂

采用差热扫描量热法 (DSC)对两种涤纶粘合活化油剂试样的表观反应活化能和反应级数进行了测定 ,并利用公式计算出油剂的固化反应表观活化能和反应级数。结果试样 2的表观活化能为 5 2k J/mol,试样 1的表观活化能为 65 k J/mol,故试样 2固化反应较试样 1容易。     

石长沟油页岩的热解特性及动力学

通过热重、元素和XRD分析,研究了新疆吉木萨尔县石长沟矿区油页岩在不同升温速率下的热解特性及热解机理. 结果表明,油页岩中有机质热解生成页岩油和热解煤气的反应主要集中在300~550℃;升温速率从3℃/min增至15℃/min,热解反应向高温区移动,有机质完全热解温度从530℃升至575℃. 油页岩有机质的热解动力学分析显示,升温速率从3℃/min增至15℃/min,直接Arrhenius法计算的有机质热解活化能从243.52 kJ/mol增至257.32 kJ/mol;反应转化率从0.02增至0.97,Friedman法计算的活化能从96.39 kJ/mol增至292.84 kJ/mol.     

聚醚胺/酚醛胺-环氧树脂体系的固化动力学研究

采用示差扫描量热法(DSC)研究了以聚醚胺/酚醛胺为固化剂的环氧树脂体系固化反应,在25~230℃范围内以不同的升温速率(5℃/min、10℃/min、15℃/min、20℃/min)对该体系的固化动力学参数分析。由Kisserger方程求得该体系固化反应的表观活化能为61.76 kJ/mol,频率因子A为7.1×107s-1;由Crane方程得出固化反应级数为1.116;并建立了固化动力学方程:-da/dty=k(1-a)1.116,其中。k=7.1×107exp(-7 429/t)。     

水溶性沥青热解机理的研究

通过混酸氧化中温煤焦油沥青制备水溶性沥青,利用热重分析研究水溶性沥青的热解机理。根据Dollimore提出的TG/DTG曲线形状推断水溶性沥青热解反应动力学机理函数,利用Achar-Brindley-Wendworth方程拟合直线计算热解活化能。结果表明,中温煤焦油沥青在170~550℃阶段热转化动力学机理函数符合Dollimore的F1,最概然机理函数f(α)=1-α,反应为一级,活化能32.5 kJ/mol;水溶性沥青在155~460℃阶段热转化属于Dollimore的D_3,最概然机理函数1.5(1-α)~(2/3)[1-(1-α)~(1/3)]~(-1),反应机理是三维扩散,球形对称,活化能是82.8 k J/mol;在465~650℃范围内是亲水基团热解,符合Dollimore的F1,最概然机理函数f(α)=1-α,反应为一级,反应活化能41.6 k J/mol。水溶性沥青热稳定性较中温煤焦油沥青好。     

牵引电机用双马改性环氧酸酐浸渍漆固化动力学研究

以二苯甲烷型双马来酰亚胺改性环氧酸酐浸渍漆体系,由动态DCS不同升温速率下跟踪体系固化反应过程,求得固化工艺参数:凝胶温度为149.53℃,固化温度为161.71℃,后处理温度为178.68℃。利用Kissinger和Crane方程对该固化反应进行了动力学分析,计算了固化动力学参数,固化反应表观活化能Eα=15.20k J/mol,反应级数n=0.83864。同时通过TG热失重分析测试双马树脂改性体系耐热指数为165.7℃。     

芦竹燃烧动力学不同反应机理的研究

利用热重分析仪进行了芦竹的燃烧试验,采用Coats-Redfern法分析热重曲线,研究不同升温速率(10,20,30℃/min)对燃烧过程的影响。结果表明,芦竹燃烧过程可分为3个阶段,即水分析出、挥发分析出与燃烧及焦炭表面燃烧三个阶段。主要反应集中在第二和第三反应阶段。随着升温速率的增大,最大失重速率增大,三个阶段向高温方向偏移。挥发分析出与燃烧及焦炭表面燃烧阶段的反应机理均满足随机成核A3模型,挥发分析出及燃烧阶段的活化能平均值为21.49 k J/mol,频率因子变化为1.31×10~3~1.83×10~3min~(-1);焦炭表面燃烧阶段的活化能平均值为47.15 k J/mol,频率因子变化为325×10~3~74.9×10~3min~(-1)。     

基于等转化率法的煤焦-CO_2气化动力学研究

为获得可靠的煤焦-CO_2气化反应动力学参数,采用Flunm-Wall-Ozawa(FWO)等转化率法进行煤焦-CO_2气化动力学研究。在3个不同升温速率下进行了煤焦-CO_2气化热重试验,计算不同碳转化率下的反应活化能,用主曲线法分析了气化机理模型,并采用拟合法对等转化率法的结果进行验证。结果表明,气化主反应区不同碳转化率下(α为0.2~0.8)活化能的变化较小,为(228.25±5.22)k J/mol。煤焦-CO_2气化反应为均相模型,该模型标准曲线与试验曲线重合度较好,并符合目前常用的煤气化动力学模型。拟合法计算的活化能仅与等转化率法相差0.74 k J/mol,说明等转化率法研究煤焦-CO_2动力学可行。     

阻燃硬质聚氨酯泡沫制备及空气中热解特性

以可膨胀石墨(EG)和次磷酸铝(AHP)为阻燃剂,采用一步合成法制备了硬质聚氨酯泡沫/可膨胀石墨复合材料和硬质聚氨酯泡沫/次磷酸铝复合材料。采用热重分析(TG)法对阻燃型以及非阻燃型聚氨酯泡沫在10、20、30、40、50℃/min 5种不同升温速率下的热解过程及反应动力学进行了研究。实验结果表明,空气氛围下3种聚氨酯样品均存在2个主要失重阶段,样品初始分解温度由低到高为:RPUF/EG RPUF RPUF/AHP,其温度分别为187. 6、198. 83、203. 24℃。随着升温速率的增加,热解向高温区移动,主反应区逐渐增大,且最大热失重速率逐渐增大。加入可膨胀石墨与次磷酸铝均能提高样品成炭量。与此同时,运用Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)和Ozawa-Flynn-Wall(OFW)方法求得,不同转化率时,3种聚氨酯样品活化能由大到小为:RPUF/AHP RPUF RPUF/EG,采用KAS方法求得的活化能分别为129. 36、151. 23、169. 45 k J/mol;采用OFW方法求得的活化能分别为123. 61、146. 92、166. 12k J/mol。     

纳米SiC陶瓷的氧化特性的研究

采用差示扫描量热DSC研究了在不同的升温条件下的聚碳硅烷PCS热解产物纳米Si C粉末在空气环境中的氧化反应动力学,并结合X射线衍射和拉曼光谱技术探讨其氧化特性。结果表明:升温速度对PCS热解产物纳米Si C粉末的氧化过程有较大的影响,随着升温速度的增加,1100℃左右的放热氧化峰向高温方向偏移。动力学研究表明微米Si C氧化活化能为115.90 k J/mol,PCS热解产物纳米Si C粉末氧化活化能为485.73 k J/mol,表明PCS热解产物纳米Si C粉末具有较好的抗氧化性能。     

耐热酚醛树脂固化机理研究

采用相同配比的酚类和醛类物质合成了两种酚醛树脂——普通酚醛树脂和耐热改性酚醛树脂。利用差示扫描量热仪(DSC)将两种树脂在不同升温速率下进行固化,并用Ozawa方程对这两种酚醛树脂固化过程的活化能进行了计算。结果表明:普通酚醛树脂的峰值固化温度为197.45℃,固化反应的活化能为41.4 k J/mol;耐热改性酚醛树脂的峰值固化温度为237.23℃,固化反应的活化能为50.0 k J/mol。     

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.     

雷达吸波涂料用混合环氧树脂固化动力学研究

采用傅里叶红外光谱法(FT-IR)和示差扫描量热法(DSC)对雷达吸波涂料用混合型环氧树脂的固化反应历程进行了研究.由温度-升温速率外推法确定了该体系的起始固化温度、峰顶固化温度和终止固化温度为分别为60.55℃、97.0℃和131.79℃,为固化工艺的确定提供了依据;由Kisserger方程求得共聚体系固化反应的表观活化能为65.6kJ/mol;根据Crane理论求得固化反应级数为0.91,接近于1级反应;通过Arrhenius公式求得不同升温速率下固化反应的速率常数K,随着升温速率的升高,K值由0.276增大到0.983,反应速度显著加快.     

5405双马来酰亚胺树脂动态固化反应动力学研究

采用差示扫描量热(DSC)法对5405 BMI树脂的固化反应动力学进行研究。利用Kissinger方程和Crane方程分别得出不同升温速率下的非等温固化反应表观活化能(Ea)63.438 k J/mol,表观频率因子(A)2.25×104 S-1及反应级数(n)0.844。以自催化反应动力学模型为基础,建立了5405 BM I树脂的动态固化反应动力学方程。同时采用反应温度-升温速率外推法,获得了5405 BMI树脂的固化反应特征温度,凝胶化温度(Tgel.)153.2℃,固化温度(Tcur.)195.8℃,后处理温度(Ttre.)258.2℃。为优化树脂在实际应用中的固化工艺提供了一定的理论参考数据。     

芦竹燃烧动力学不同反应机理的研究

利用热重分析仪进行了芦竹的燃烧试验,采用Coats-Redfern法分析热重曲线,研究不同升温速率(10,20,30℃/min)对燃烧过程的影响。结果表明,芦竹燃烧过程可分为3个阶段,即水分析出、挥发分析出与燃烧及焦炭表面燃烧三个阶段。主要反应集中在第二和第三反应阶段。随着升温速率的增大,最大失重速率增大,三个阶段向高温方向偏移。挥发分析出与燃烧及焦炭表面燃烧阶段的反应机理均满足随机成核A3模型,挥发分析出及燃烧阶段的活化能平均值为21.49 k J/mol,频率因子变化为1.31×10³3¹.83×101.83×10³min3min^(-1);焦炭表面燃烧阶段的活化能平均值为47.15 k J/mol,频率因子变化为325×10(-1);焦炭表面燃烧阶段的活化能平均值为47.15 k J/mol,频率因子变化为325×10³3⁷4.9×1074.9×10³min3min^(-1)。     

氰酸酯/联苯型环氧树脂共混体系的DSC研究

采用非等温差示扫描量热法对氰酸酯/联苯型环氧树脂共混体系的固化反应动力学、特征温度、转化率和玻璃化转变温度(Tg)进行了研究。共混体系的表观活化能随着联苯型环氧树脂量的增加而降低,质量比为80/20树脂体系的表观活化能为88.6k J·mol~(-1),高于80/20氰酸酯/双酚A型环氧树脂体系的表观活化能。当固化程度接近完全时,80/20共混体系的Tg为249.2℃,比80/20氰酸酯/双酚A型环氧树脂体系的Tg值高出24.3℃。催化剂的加入能使共混体系的表观活化能下降约20k J·mol~(-1),反应特征温度降低约100℃,同时对Tg影响较小。