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)。     

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。     

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。     

生物质壳类物热解动力学研究

利用热重分析研究不同升温速率下3种生物质(核桃壳、花生壳和葵花籽壳)的热失重行为,采用Coats-Redfern法计算得到了3种生物质在不同升温速率、不同气氛下反应动力学参数。结果表明,3种生物质在热解主要阶段可由一级反应过程描述。     

基于TG/DTA技术的花生壳热解动力学分析

对花生壳在升温速率分别为5℃/min、10℃/min、15℃/min和20℃/min的条件下进行热重实验,采用FreemanCarroll、Kissinger、Flynn-Wall-Ozawa和Friedman四种热分析方法,研究花生壳的热行为及其热分解的动力学参数。研究表明,花生壳非等温热解过程可分为失水干燥、快速热解和缓慢分解三个阶段,其中第二阶段是整个过程的主要部分,析出大量挥发分造成明显失重,随着升温速率的增加,最大热解速度提高,对应的峰值温度升高,热滞后现象加重,热解各阶段向高温侧移动。其热解阶段的反应动力学方程为：dα/dt=4.92×10^14[exp（-170.70×10^3/RT）]（1-α）^2.04。     

生物质热解特性和动力学研究

利用热重分析对在氮气气氛下不同升温速率的马尾松生物质原料热失重行为进行了研究。由失重和失重速率曲线分析可知,生物质热解过程分为三个阶段。根据热重实验数据建立动力学热解模型,运用Popescu法从22种动力学机理函数中寻求裂解的最概然机理函数并计算裂解的动力学参数。结果表明,Zhuralev,Lesokin和Tempelmen(Z-L-T)方程为最概然机理函数。     

干燥前后花生壳的热解特性研究

用热重分析法对干燥前后花生壳的热解特性进行了研究。分析了干燥前后花生壳样品在升温速率为 25℃/min 下的热解特性,得到热重曲线(TG)、微商热重曲线(DTG)和差热曲线(DTA)。发现样品的失重过程由干燥阶段、预炭化阶段、炭化阶段、煅烧阶段4个阶段组成,并对所得曲线进行了详细分析。对比干燥前后花生壳的曲线差异,发现干燥后的花生壳TG/DTG曲线整体左移,热解温度降低。最后对花生壳的热解过程进行了动力学研究。为花生壳的合理利用提供了一定的理论基础。     

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。     

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 k Gy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 k Gy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。     

聚醚醚酮改性酚醛树脂热解动力学研究

利用热失重分析仪对聚醚醚酮（PEEK）改性酚醛树脂（PF）的热解过程进行分析,并根据热失重曲线的特点,把树脂的热解过程分为3个阶段。结果表明,随着升温速率的增大,PEEK改性PF出现延迟分解的现象。根据Kissinger法、Ozawa法和Crane法建立了热解动力学模型,得出热解的活化能为561 kJ/mol,指前因子为1.06×1035 s-1,反应级数为0.9648(近似于1级反应)。     

孜然粉热分析反应动力学研究

采用热重分析法(TG)对孜然粉在高纯氩气中的热解反应动力学进行了研究,结果表明:孜然粉在高纯氩气中热解过程的主反应阶段为157~380℃,随升温速率增加,主反应区间略有增加。Flynn-Wall-Ozawa法和KAS法可算出孜然粉在主反应区的活化能分别为157~162 k J·mol~(-1)和156~161 k J·mol~(-1)。根据Coats-Redfern方程可求算出孜然粉热分析动力学三因子,从而得出孜然粉热解过程遵循三维扩散模型,并给出机理函数的微分形式和积分形式。     

NH_4MnPO_4·H_2O热分解动力学

以MnSO_4·H_2O、(NH_4)_2SO_4和H_3PO_4为原料,通过共沉淀法制备了NH_4MnPO_4·H_2O,并通过XRD、FTIR、激光粒度分析仪和SEM对产物晶型、化学结构、粒度大小及形貌进行表征。结果表明该产物为NH_4MnPO_4·H_2O,结晶度高,颗粒较细,呈短棒状。通过热分析法研究该产物的热分解过程,表明分解过程分为两个阶段,并对第一阶段分解过程进行了热分解动力学研究,用F1ynn-Wall-Ozawa法和Friedman法求得NH_4MnPO_4·H_2O第一阶段热分解活化能分别为93.201和88.681 kJ×mol~(-1);在以上方法基础上,通过Coats-Redfern法求得第一阶段热解活化能E_1=91.533 kJ×mol~(-1),指前因子A_1=3.846×107 s~(-1),并得到热分解动力学模型和动力学方程,为磷酸铵锰作为缓释氮磷锰肥的使用及其在复肥中的添加应用提供理论依据。     

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。     

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。     

藻渣热解特性及动力学分析

通过热重实验研究N₂气氛下升温速率对索氏提脂后的小球藻热解特性的影响,利用管式炉在N₂气氛下快速热解实验得出：在400℃时,小球藻热解转化率最高,生物油产率达57.6%,热解气为10%。采用等转化率方法FWO和KAS法对藻渣热解动力学进行分析和比较,结果表明：藻渣热解的主要热解阶段为25～800℃,可分为3个阶段,藻渣的DTG曲线存在两个失重峰,且随着升温速率提高,TG和DTG曲线都向高温区偏移,最大失重速率和残余固体质量都增加。N₂气氛条件下藻渣的主要热解阶段表观活化能和指前因子分别为228.46 kJ/mol和2.49×10²¹ min^-1,此阶段下FWO法和KAS法均能很好模拟藻渣热解数据,线性拟合相关系数(R²)均在0.96以上,最佳热解函数为dα/dT=2.49×10²¹/β exp(-228.46/(RT))(1-α)⁸。     

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。     

TG-FTIR联用研究半纤维素的热裂解特性

利用FT-IR、离子色谱、1H-NMR及13C NMR等手段对蔗渣半纤维素的化学结构进行了表征,并利用热重-傅里叶红外光谱（TG-FTIR）联用技术对蔗渣半纤维素在不同的升温速率下的热失重行为进行了研究。结果表明,蔗渣半纤维素主要由大量的阿拉伯糖木聚糖组成,此外还含有葡萄糖、半乳糖及葡萄糖醛酸和半乳糖醛酸,具有草类原料中典型的半纤维素结构。蔗渣半纤维素的主要热失重区间为200～315 ℃,并在230 ℃左右出现一个肩状峰,在700 ℃时焦炭残留物比例较高,约在20%。采用一级四段模型对半纤维素的热裂解过程进行了模拟,得到各段的活化能分别为118 kJ/mol、50 kJ/mol、144 kJ/mol和34 kJ/mol。蔗渣半纤维素热解气体析出过程复杂,初期先析出游离水,随后发生解聚和脱水反应,主要的苷键和碳碳键断开形成各种烃类、醇类、醛类和酸类等物质,这些大分子物质又裂解为CO2、CO等小分子气体。在线红外分析结果表明,蔗渣半纤维素热解气态产物主要有H2O、CO2、CO和CH4和其它产物。     

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。     

一种源自烟草的糖苷类化合物及其热裂解分析

通过现代分离纯化技术,从玉溪产K326烟叶中分离得到一种糖苷类化合物,结合一维核磁共振技术确定其为香兰素-β-D-葡萄糖苷。通过热重-差热分析(TG-DTG)和热解-气相色谱/质谱法(Py-GC/MS)对香兰素-β-D-葡萄糖苷在加热非燃烧型卷烟加热温度下的热失重行为及热裂解产物进行了研究,以评估其在加热非燃烧型卷烟中的潜在应用价值。结果表明:(1)香兰素-β-D-葡萄糖苷在500℃以下有两个失重过程,这两个失重过程的最大失重速率分别出现在237.60℃和291.97℃,两个失重温度均在加热非燃烧卷烟加热温度范围内(低于500℃);(2)在150~500℃下,裂解产物数量随裂解温度升高而增加,主要为苯类、醛类和环戊烯(酮)类,其中含量最高的为香兰素;(3)在200~300℃的加热温度下,该糖苷类潜香物质失重比较充分,并产出具有较高有效转化率的香气物质——香兰素,同时酚类和醛类的产生量相对较少。     

水蒸气气氛下牦牛粪动力学特性研究

采用热重分析法对水蒸气气氛下牦牛粪热失重特性进行了研究,并运用Flynn-Wall-Ozawa法、主曲线法/Kissinger法和分布活化能模型(DAEM)连续耦合的方法对热解过程进行反应机理分析以及动力学参数计算。研究结果表明：牦牛粪水蒸气气化过程主要分为两个阶段,即热解阶段和气固反应阶段;水蒸气对前者有轻微的抑制作用,对后者有显著的促进作用。动力学分析表明,反应级数机理模型(热解阶段和气固反应阶段反应级数分别为2.40和1.17)对牦牛粪水蒸气气化动力学过程有较好适应性;热解阶段的半纤维素、纤维素和木质素热解对应的活化能分别为169.32、 185.76和219.52 kJ/mol;气固反应阶段的热解炭缩合反应和水蒸气气固反应对应的活化能分别为275.59和312.44 kJ/mol。