花生壳热解过程及几种动力学分析方法比较

为了充分燃烧利用农业废弃物花生壳,利用TG-DSC热重分析仪,分别以5、10、20、30、50℃·min~(-1)的升温速率,考察了花生壳的热失重行为,并对其热解行为做了进一步研究。结果表明,花生壳的热解分为3个阶段,热失重主要集中在200～400℃,此阶段发生热裂解,生成大量气体,导致样品质量快速减少,是裂解的主要阶段。3种热动力学模型F-W-O法、VW法和Kissinger法估算出的热解反应的表观活化能,分别为180.01 kJ·mol~(-1)、181.35 kJ·mol~(-1)和176.99 kJ·mol~(-1)。3种模型的估算结果相差不大,可为今后花生壳的热解研究提供理论依据。     

PVC木塑复合材料热解动力学

将木粉按一定比例添加到PVC中得到复合材料,通过热重分析研究复合材料在空气、N2气氛下不同升温速率时的热解行为。通过Doyle和Tang method法计算了木塑材料的降解活化能。利用活化能分布函数,分析了复合材料在热解、燃烧过程中不同阶段的反应活性变化规律。研究表明,热解过程可分为3个阶段,230～360℃为第一失重阶段,360～430℃为稳定阶段,430～580℃为第二失重阶段。升温速率及反应气氛对热解过程有显著影响。由分布活化能模型计算表明,其热解动力学为一级反应,两个失重阶段的活化能分别为220kJ·mol-1和139kJ·mol-1,反应活性随失重率的增加而减少。     

不同固化体系环氧树脂固化物的热解特性

为了研究不同固化体系下环氧树脂固化物的热解特性,采用DTG-60(AH)热重分析仪分析了氮气环境中不同固化体系的环氧树脂固化物在不同升温速率下的热分解特性。采用Kissinger法进行热解动力学分析,得到4种固化体系环氧树脂固化物的表观活化能和表观指前因子,采用Coast-Redfern法通过回归方程计算反应级数,基于上述热解动力学参数估算不同环氧树脂固化物的热老化寿命。结果表明：在氮气气氛中,选用二乙烯三胺(DETA)、间苯二甲胺(m-XDA)和2-乙基-4-甲基咪唑(2E4MZ)作为固化剂的环氧树脂固化物为二阶段热解,选用低分子聚酰胺(PA650)作为固化剂的环氧树脂固化物的热失重率受升温速率影响最小,但随着升温速率升高逐渐由二阶段热解过渡为三阶段热解;在10～40℃·min^-1的升温速率下,2E4MZ/EP体系固化物的起始热分解温度及最大失重速率温度最高;PA650/EP体系固化物热解过程中的平均表观活化能最高;耐热老化性能由高到低排序为PA650/EP、2E4MZ/EP、m-XDA/EP、DETA/EP。     

汽车内饰用麻纤维的热解特性及动力学分析

采用热重-差热同步分析仪对黄麻纤维、红麻纤维和剑麻纤维3种汽车内饰用麻纤维在氮气气氛下采用不同升温速率下的热解特性进行研究。结果表明，氮气氛下3种麻纤维的热解阶段均为2个。不同升温速率下，黄麻纤维的初始热解温度和最大失重速率温度始终最大，最难发生热解。使用无模型FWO法和Starink法计算出的每种麻纤维的平均表观活化能较为一致。运用模型拟合Coats-Redfern法进行热解机理函数对比分析，确定3种麻纤维的热解均符合一维扩散模型(D1模型)。对比可知，氮气气氛下黄麻纤维的平均表观活化能均最大，剑麻纤维的相应值则均最小，综合结论为黄麻纤维的整体热解稳定性最佳、普适能力最强。     

橡胶催化热解动力学分析

利用TG-DTG技术研究了橡胶催化热解过程,并采用多升温速率和单升温速率相结合的方法对热解第一阶段动力学数据进行分析。推导出橡胶热解反应级数为3/2,反应动力学方程为da/dt=2/(3~(1/2)a)·A exp(-E RT),表观活化能为148～162 kJ/mol,指前因子lnA为28～32。     

废轮胎胎侧胶粉的热解反应特性及动力学研究

利用热综合分析仪研究废轮胎胎侧胶粉在不同升温速率下的热解反应特性,建立并求解热解动力学方程。结果表明:废轮胎胎侧胶粉的热解温度区间集中在300~500℃;热解过程主要有天然橡胶和合成橡胶分解2个阶段;随着升温速率的增大,热解反应逐渐发生延迟,热解过程的总质量损失略有减小;用一级反应模型描述废轮胎胎侧胶粉的热解历程,在升温速率分别为10,20,30,40和50℃·min~(-1)时,反应活化能分别为71.998,69.067,80.779和75.011和82.676 k J·mol~(-1),线性拟合的相关系数均超过0.99。     

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。     

水溶性沥青/石墨等温包覆过程的lnln分析法研究

水溶性沥青作为天然石墨的有效改性剂,在石墨表面包覆一层无定型碳形成"核-壳"型结构的C/C材料。在氮气保护下,采用热重分析仪对水溶性沥青包覆石墨复合材料的炭化过程进行动力学研究,得到了活化状态及络合参数。结果表明:水溶性沥青包覆石墨非等温干馏过程是该复合物的热解、缩聚过程;在快速升温条件下,包覆材料热解发生反应滞后,利于观察高温状态的中间态激活过程;lnln分析法研究复合材料包覆过程的表观活化能为9.266 kJ·mol~(-1),等温分解反应的平均活化自由能ΔG~≠、活化焓ΔH~≠和活化熵ΔS~≠分别为96.816 kJ·mol~(-1),2.497 kJ·mol~(-1)和-298.875 J·mol~(-1)·K~(-1);ΔH~≠和ΔG~≠的正值表明它们发生反应需要引入热量并具有非自发分解反应,ΔS~≠小于零,表明相应的激活态沥青在石墨表面包覆的排列程度高于初始状态,高温恒温可导致形成芳香核缩聚,通过逐渐热分解对石墨进行"包覆",炭化后可形成"核-壳"型结构的复合材料。这些结果有助于优化水溶性沥青包覆石墨炭化反应条件及反应炭化炉设计。     

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.     

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.     

低温发泡用热固性酚醛树脂的固化动力学研究

以合成的低温发泡用热固性酚醛树脂和固化剂为主要材料,采用差示扫描量热法研究其在不同升温速率下的固化反应过程,利用Kissinger模型和Ozawa模型研究其固化动力学,得到不同固化剂用量条件下的动力学参数和规律。结果表明,Kissinger模型和Ozawa模型获得的固化反应表观活化能分别为82.47~99.60kJ·mol~(-1)和83.61~100.00kJ·mol~(-1),两种模型得到的固化反应表观活化能几乎相等,且均随固化剂用量的增加而降低。     

防火密封胶热分解动力学研究

利用热重-差热分析仪研究了防火密封胶在空气氛围下不同升温速率的热解特性规律。研究结果表明:在空气氛围下,随着升温速率的增大,防火密封胶的各阶段热解起始温度和终止温度都向高温方向移动。防火密封胶在空气氛围下热解分为三个阶段:第一阶段为主要失重阶段;第二阶段由于有炭层的形成,所以失重较小;随着温度的升高,热量的积累,最后冲破了炭层,致使燃烧热分解的第三阶段发生。通过采用Kissinger法、Flynn-Wall-Ozawa法和Starink法计算了防火密封胶的活化能E,其平均活化能分别为111.970、111.950和106.442 kJ/mol,结果基本一致。     

木屑颗粒热解过程动力学计算及热解气体分析

以CO_2和干空气为动态气氛,在10,20,30℃/min三种升温速率下进行热重实验,研究了气氛对压缩木屑颗粒热解反应的影响,用Netzsch Thermokinetics 3软件确定了失重曲线第2失重阶段的反应级数,用Coats-Redfern积分法计算了第2失重阶段的动力学参数,用气相色谱分析了放大实验在升温速率10℃/min下产生的热解气体成分.结果表明,在CO_2和干空气气氛下,随温度升高,木屑颗粒均出现3个失重阶段,第2阶段的失重分别为65.97%和56.31%,热解反应级数分别为1.2和1.0,活化能分别为117.73和87.4 k J/mol,指前因子分别为5.8′106和1.1×10~4 min~(-1).与空气气氛相比,CO_2气氛下裂解气中CH_4产量相对较低,而H_2和CO产量较高.     

多重扫描速率法的硫酸铵热分解动力学

硫酸铵的热分解能为已内酰胺的生产过程提供循环的氨和硫酸,研究其热分解动力学具有重要意义。采用热重分析技术(TGA)通过多重扫描速率法研究了硫酸铵在氮气气氛中的热分解动力学。首先通过对比硫酸铵和硫酸氢铵的热失重过程,证明硫酸氢铵是硫酸铵分解过程的中间产物;然后分别利用积分KAS法和微分Friedman法求解硫酸铵热分解反应的活化能;最后由Coats-Redfern法推导最概然机理函数。结果表明,硫酸铵的非等温热分解分为3阶段。第1阶段转化率区间为0～0.14,活化能E=96.47 kJ×mol~(-1),指前因子ln(A/min~(-1))=19.13,符合n=3收缩圆柱体相边界反应机理;第2阶段转化率区间为0.14～0.2,E=79.47 kJ×mol~(-1),ln(A/min~(-1))=13.79,符合n=3/2随机成核和随后生长机理;第3阶段转化率为0.2～1,E=98.30 kJ×mol~(-1),ln(A/min~(-1))=18.00,符合n=3收缩球体相边界机理。     

农业废弃物葵花秆热解过程几种动力学模型结果比较

利用同步热重分析仪考察了不同升温速率下葵花秆的热失重行为并进一步研究了其热解特性,根据热重数据采用四种热分析动力学模型:Friedman法、Doyle法、Flynn-wall-Ozawa(F-WO)法和DEAM法研究了葵花秆的热分解动力学,估算出热解反应的表观活化能。结果表明:葵花秆的主要失重区间为200~400℃,随着升温速率的提高,葵花秆热解的初温度升高,热解向高温方向移动。同时四种方法获得的葵花秆活化能值分别为519.1kJ/mol,235.33kJ/mol,223.8kJ/mol和224.9kJ/mol。采用Friedman法得到的活化能值高于其它三种方法。葵花秆热解是包含了分子键能断裂的一系列复杂、连续反应过程。     

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%。     

啤酒过滤用废硅藻土的热解特性及动力学

通过热重分析研究了废硅藻土在室温~1 173 K下的热解特性,实验在高纯氮气气氛下进行,升温速率分别为5,10,15 K/m in。结果表明,热解过程分为3个阶段,主要热解阶段为酵母细胞和蛋白质分解过程,随着升温速率的增加,DTG曲线峰值向高温区移动。采用积分法Coats-Redfem方程得出废硅藻土热解过程符合3级反应机理模型,并得到了5,10,15 K/m in升温速率下的表观活化能51.13,58.14,69.21 kJ/mol和指前因子2.5E+04,1.1E+04,6.8E+05 m in-1。     

间规聚苯乙烯的热分解行为分析

利用热重分析（TG—DTA）法研究了间规聚苯乙烯（sPS）在不同气氛（空气和氮气）下的热分解行为机理。研究表明,sPS在两种气氛下都是只有一个主要的热分解过程。结果表明,用Kissinger最大失重速率法求得空气气氛下的表观活化能为133．86kJ／mol,而在氮气气氛下的表观活化能为158．96kJ／mol;用Ozawa等失重百分率法求得空气气氛（10％～30％的失重率）下的表观活化能为92．05～105．88kJ／mol,而在氮气气氛下的表观活化能为149．00—175．38kJ／mol;sPS的热裂解和热氧分解过程均为一级反应。     

多孔玉米淀粉热分解反应动力学

采用热重分析法研究了多孔玉米淀粉热分解过程。在氮气气氛下以5、10、20和30 K×min~(-1)的升温速率对其进行了热重分析,并采用OZAWA法、FRIEDMAN法和同步热分析法计算了多孔玉米淀粉热解反应的活化能分别为165.63、174.89和187.80 k J×mol~(-1)。经同步热分析法推导出反应级数为0.5~1;用Coats-Redfern法得到多孔玉米淀粉热解反应机理函数为[-ln(1-α)]1/2。