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。     

木质素慢速热解机理

利用热重考察了不同升温速率下木质素的热解特性,结合红外光谱对木质素热解的不同阶段生成的半焦的表征结果,分析了木质素在慢速升温条件下的热裂解机理,表明:木质素的热解是一个旧键断裂挥发、新键重组的过程。热解过程随着反应时间的推移依次分为水分挥发、支链断裂重组或挥发和芳环缩聚成碳3个阶段。采用Flynn-Wall-Ozawa方法,根据不同升温速率下测得的失重速率变化求算后两个阶段的活化能,结果分别为64 kJ·mol^-1和132 kJ·mol^-1,进一步证明了木质素热解的分段特征,并表明芳环缩聚成碳所需活化能远大于与苯环相连的支链断裂所需的能量。     

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。     

低冰镍转炉渣中钴的氧压酸浸行为及其动力学

研究了转炉渣中钴氧压硫酸体系选择性浸出过程的行为及其动力学。通过改变搅拌速度、反应温度、硫酸浓度、氧分压、物料粒度以及反应时间等浸出条件,考察钴浸出率的变化及影响,获得转炉渣中钴的浸出动力学规律。结果表明,钴的浸出率随着温度、酸度、氧分压的增加而增加;硫酸质量浓度大于0.4 mol·L^-1会导致铁大量溶出;浸出过程符合未反应芯收缩核模型,前期受化学反应控制,然后转变为混合控制,后期受固体产物层扩散控制。化学反应控制和固体产物层扩散控制过程的活化能分别为43.19 kJ·mol^-1 和10.49 kJ·mol^-1。化学反应控制过程对硫酸浓度、氧分压及粒度的反应级数分别为0.79、0.85和 -0.95。     

水蒸气对煅烧石灰石碳酸化反应影响的实验与模型分析

利用热重分析仪,对比了不同反应温度、不同水蒸气浓度对煅烧石灰石碳酸化反应的影响。碳酸化反应温度在500℃时,反应初期水蒸气对碳酸化反应的影响并不明显,反应10 min之后,在含有1.5%、10%和20%(体积分数)水蒸气条件下碳酸化转化率比无水蒸气条件下转化率分别提高了19.8%、27.2%和30.5%。水蒸气的存在有助于提高碳酸化反应转化率,但随着水蒸气浓度的增加转化率增加幅度减小。利用随机孔隙模型,对产物层扩散阶段扩散系数及反应活化能进行了计算。高温条件下,气氛中含有1.5%的水蒸气使反应活化能从237.7 kJ·mol^-1降低到179.9 kJ·mol^-1,提高水蒸气浓度到10%和20%后,反应活化能从156.6 kJ·mol^-1降低到148.6 kJ·mol^-1。不同水蒸气浓度条件下,碳酸化反应存在两个明显特征:一是大约在550℃处存在一个明显扩散系数的斜率变化,这一温度与气氛中是否存在水蒸气无关;另一特征是随着反应温度的提高,水蒸气的促进作用减弱。依据实验和模型计算结果,推测了当反应处于产物层扩散阶段时水蒸气对碳酸化反应影响的作用机理。     

混合丁烯/异丁烷硫酸烷基化反应动力学

以硫酸为催化剂,间歇实验研究了276.2 ~285.2 K温度范围内混合丁烯/异丁烷烷基化反应动力学。实验结果表明,随着反应温度的降低,主产物三甲基戊烷(TMPs)生成量和烷基化油整体辛烷值增大,副产物二甲基己烷(DMHs)变化较小,高碳组分(HEs)的生成量降低明显。采用基于碳正离子反应机理建立的烷基化动力学模型对TMPs、DMHs、HEs 3类组分进行了计算分析,模拟计算结果表明,动力学模型对实验数据的拟合效果良好。链引发步骤异丁烯加氢离子反应表现出反Arrhenius行为,其本身及逆反应的活化能分别为45.14 kJ·mol^-1和 41.44 kJ·mol^-1,增加对链传递部分C₈正碳离子形成步骤的速率常数计算,部分涉及链传递和链终止反应步骤反应速率常数与文献值保持一致。     

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℃。     

γ辐照作用下GFRP热分解动力学研究

玻璃纤维增强塑料（GFRP）因其良好的热绝缘性能和力学性能,在高能物理和核物理实验领域被用来制作支撑设备,而高能物理和核物理实验会对其支撑设备产生一定的γ和中子辐照,为保证GFRP支撑设备在γ辐照条件下的结构稳定性,需研究辐照对其热分解性能的影响。结果表明,GFRP在氮气氛围中的热分解可分为3个阶段;GFRP失重率随辐照剂量的增大而增大;辐照使GFRP的活化能增加,Friedman法计算得出平均活化能由辐照前的96.1 kJ·mol^-1增加到200 kGy辐照后的116.6 kJ·mol^-1,Flynn-Wall-Ozawa（FWO）法计算得出平均活化能由辐照前的107.6 kJ·mol^-1增加到200 kGy辐照后的125.4 kJ·mol^-1。扫描电镜对微观形貌观察发现辐照后环氧树脂与玻璃纤维结合度降低,差示扫描量热法分析得出辐照使环氧树脂进一步固化反应。     

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。     

煤焦异相还原N2O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N₂O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N₂O的反应机理。研究结果表明：单个碳原子无法体现N₂O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N₂O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N₂O的反应。煤焦异相还原N₂O的反应共经历三个过渡态和两个中间体将N₂O还原成N₂,N₂O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N₂O的过程容易进行。煤焦异相还原N₂O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10⁵,可以完全进行,认为是单向反应。煤焦异相还原N₂O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1.24×10¹⁰exp（-5238.15/T）。     

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。     

己二酸氨化制己二腈的宏观动力学

己二酸氨化法是工业上生产己二腈的重要方法之一,其中和反应步骤受气液相传质影响很大。采用体积为1 L的半间歇式反应釜,对己二酸中和反应的宏观动力学进行了研究。在磷酸质量分数为0.2%、搅拌速率为1800 r·min^-1、氨气流量为600 L·h^-1的条件下,实验考察了210～260℃范围内温度对己二酸浓度随时间变化的影响。由实验数据拟合结果表明:在250℃己二酸浓度大于0.1 mol·L^-1时为传质控制阶段,中和反应对于己二酸为一级,反应活化能为42.9 kJ·mol^-1;在250℃己二酸浓度小于0.1 mol·L^-1时为反应控制阶段,中和反应对于己二酸为二级,反应活化能为52.7 kJ·mol^-1。模型计算值与实验值相吻合,并结合理论模型得出对己二酸的本征反应级数为二级。保持总压(略大于常压)、温度260℃、搅拌速率1800 r·min^-1和磷酸质量分数0.2%保持不变,在氨气流量为200～600 L·h^-1的范围内考察了氨气分压对己二酸浓度随时间变化的影响,动力学拟合结果表明对氨气分压的本征反应级数为一级。     

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。     

储运含油污泥慢速热解特性分析

采用精确控温的固定床反应装置研究了罐底油泥和清罐油泥在不同升温速率下热解产物特性。结果发现当升温速率为5℃·min^-1和2℃·min^-1时,两种油泥样品的油品回收率均高于65%。提高升温速率有利于促进气相产物的生成,同时得到的油相产物中环状有机物含量提高而链状有机物含量减少,这说明提高升温速率有助于C-H键断裂和环化反应的发生。借助于TG分析和Doyle方程得到两种油泥的热解反应动力学参数。发现随着升温速率加快,表观反应活化能增大了20%~37%。     

乌头碱的热解及半衰期研究

采用微量热技术及热重法，结合液质联用技术，探讨了乌头碱的热降解机理、水解机理的热效应等，求出乌头碱的半衰期。结果表明，乌头碱在空气氛围中不稳定，碱性溶液中易水解t_1/2=0.973 h。空气环境中热分解分3步，其分解温度区间分别为185～213℃，248～468℃和484～579℃。相应的反应级数分别为n=1/4、n=4、n=2。对应的活化能分别是154.53，100.97和120.08 kJ·mol^-1。乌头碱应尽可能储存于低温干燥并隔绝空气的环境中。     

棉杆活性炭负载Co-B催化剂催化硼氢化钠水解制氢的性能

采用棉杆生物质废弃物为原料、H₃PO₄为活化剂, 在流化床中化学活化制备棉杆活性炭, 并将其作为载体负载Co-B组分, 制备了棉杆活性炭基Co-B催化剂(Co-B/C)。以该催化剂应用于硼氢化钠水解制氢, 系统考察了活性炭活化条件(活化温度、活化时间、活化剂用量m_H3PO4/m_CS)、水解反应温度及催化剂循环使用次数对催化产氢性能的影响。同时, 使用N₂物理吸附、FTIR、XRD和SEM等技术对活性炭载体及催化剂进行了表征。结果表明:在活化温度500℃、活化时间1 h、m_H3PO4/m_CS为0.75条件下制得的活性炭载体, 负载14.5%Co的催化剂表现出最佳催化性能:反应温度为25℃时, 平均产氢速率可以达到12.06 L·min^-1·(g Co)^-1, 催化剂表现了较高活性。催化产氢反应的活化能为44.61 kJ·mol^-1。循环使用5次后, 催化剂仍保持初次活性的54%。     

Production of glycerol carbonate using crude glycerol from biodiesel production with DBU as a catalyst

The biodiesel production technology catalyzed by 1,8-diazabicycloundec-7-ene (DBU) is developed in this work. Crude glycerol containing DBU and DBU/glycerol/CO₂ (DGC) ionic compounds reacts directly with dimethyl carbonate (DMC) to produce high value-added glycerol carbonate (GC) catalyzed by DBU and DGC. The catalytic performance of DBU and DGC, as well as the kinetics of the reaction catalyzed by DBU, were investigated. The results show that DGC has a weak catalytic effect on the transesterification of glycerol and DMC. When the temperature is higher than 60℃, DGC catalyzes the reaction jointly with DBU, which is produced from the decomposition of DGC. DBU has a good catalytic effect on the reaction between glycerol and DMC, with 90% conversion of glycerol and 84% selectivity to GC under the following conditions:DMC-to-glycerol molar ratio of 3:1, 4.0% DBU (based on glycerol mass), reaction time of 60 min, and reaction temperature of 40℃. The apparent kinetics results show that the activation energies are 30.95 kJ·mol^-1 and 55.16 kJ·mol^-1 for the forward and reverse GC generation reactions, respectively, and the activation energy of the decomposition reaction of GC to glycidol (GD) is 26.58 kJ·mol^-1.