微藻/核桃壳混合热解需热量及制备芳烃研究

利用热重分析仪（TG）、气相色谱-质谱联用仪（GC/MS）与固定床反应器,考察了微藻、核桃壳及混合物主要热解阶段的需热量特性,以及混合比、温度、催化剂种类对二者混合热解制备芳烃的影响规律。结果表明：在不同升温速率下,核桃壳热解在180～270℃和380～485℃处存在两个吸热峰,整体表现为吸热效应（378.56～596.45 kJ·kg^-1）;微藻热解在280～450℃处存在一个放热峰,整体表现为放热效应（-814.76～-1191.52 kJ·kg^-1）。微藻/核桃壳热解呈现较低的放热效应（-99.05～-158.04 kJ·kg^-1）,表明二者混合热解可以实现一定程度的热量耦合。微藻/核桃壳热解在制备芳烃上表现出明显的协同效应,且芳烃相对含量在600℃、混合比1：1下达到最大值,为20.51%;加入Cu/HZSM-5可进一步提高混合热解的芳烃相对含量,达到35.74%。为微藻与核桃壳的高值化利用提供了新思路。     

核桃壳催化热解特性及动力学实验研究

利用TG-FTIR联用技术研究了升温速率和催化剂(γ-Al2O3,KCl和USY)对核桃壳热解失重特性和产物生成的影响,并对热解过程进行了动力学分析。结果表明,核桃壳热解主要失重发生在200~450℃,失重78%~82%;升温速率对热解特性的影响较大,随升温速率的增大,核桃壳热解转化率有所降低,热解起始温度及最大失重峰对应的温度向高温侧移动;核桃壳热解符合一级动力学模型,活化能为58~62 k J/mol。热解的气态产物主要有CO2、H2O、CO、CH4及酸、醛、酮等羰基化合物,催化剂不仅提高了核桃壳热解的转化率,而且改善热解产物的组成与分布。     

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。     

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.     

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。     

生物质及生物质组分的慢速热解热效应研究

利用绝热加速量热仪(ARC)进行多种生物质及生物质组分的慢速热解,检测热解过程的吸放热情况,结果显示在缓慢升温过程中,纤维素的放热峰在256.2~279.2℃之间,放热量约为673.9J/g,质量分数为51.8%固体炭产物;而木聚糖在219.8~253.7℃之间有一尖锐的放热峰,放出热量约为873.3J/g,得到质量分数为68.7%的残余固体;木质素的热流曲线却在133.3~292.2℃有吸热趋势,吸收热量为340.1J/g,得到质量分数为80.4%的固体炭。各生物质的热流曲线中均有两个相连的放热峰出现,分别来源于半纤维素和纤维素。各生物质热流曲线特征值各异,但起始放热温度在190℃前后,第1个峰值温度在220℃左右,第2个放热峰峰值集中在255℃前后。     

裂殖壶藻与煤混合热解特性及动力学分析

采用热重法(TGA)研究裂殖壶藻与煤混合的热解特性及混合热解过程的相互影响. 结果表明,煤和微藻的DTG曲线半峰宽分别为225和68℃,挥发分析出的起始温度分别为225和183℃. 可见煤挥发分析出较慢,温度区间较宽. 混合物中随微藻含量增大,挥发分综合特性释放指数逐渐增大,样品热解活性增强. 微藻与煤混合热解过程相互影响程度与样品比例有关. 当煤/藻质量比为1:1时,最大失重速率的计算值与测量值相差0.83%/min,两者在热解过程中存在一定的抑制作用;当煤/藻质量比为3:1和1:3时,两者相互影响不明显. 利用Coats-Redfern法分析热解过程符合一级反应动力学模型.     

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。     

X850复合材料热压罐成型固化行为研究

采用恒温DSC试验手段,分别研究了X850体系材料树脂在100℃、110℃、120℃以及130℃下的固化放热效应,基于自催化反应模型对树脂固化行为进行非线性拟合得到了树脂固化动力学方程为dα/dt=7.76×10~8exp(-10352.8/T)α~(0.5928)(1-α)~(1.4628)。借助二次开发技术,将所得到的固化动力学方程嵌入Fluent软件中,模拟了X850预浸料层合板的固化过程,试验与模拟对比结果表明:所建立的固化动力学模型能够准确反映热压罐固化过程中树脂的放热效应,树脂固化放热是造成实际生产过程中出现"温度过冲"现象的主要原因,而且随着层合板铺层厚度的增加,树脂的放热效应加剧,内部产生的热量难以有效地往外传递,在零件实际制备时需要做好散热处理。     

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170⁵50℃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155550℃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155⁴60℃阶段热转化属于Dollimore的D_3,最概然机理函数1.5(1-α)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)(2/3)[1-(1-α)^(1/3)](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(-1),反应机理是三维扩散,球形对称,活化能是82.8 k J/mol;在465⁶50℃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。     

气相色谱-质谱联用测定炭黑中的多环芳烃

研究气相色谱-质谱联用测定炭黑中的多环芳烃。结果表明:以甲苯为提取试剂,在(60±5)℃下超声萃取60min,测定炭黑中16种多环芳烃含量,在0.1~2μg·mL~(-1)质量浓度范围内线性关系良好,相关因数为0.990 4~0.999 2;方法检出限为0.1 mg·kg~(-1);回收率为80%~96%,相对标准偏差为5.2%~8.5%。     

原电池电动势法测定热力学函数实验改进

常规电动势法测定热力学函数存在电动势的温度系数不稳定,仍至无法估计或修正等问题。使用改进型盐桥,在20~50°C温度范围内,对比测定了两支参比电极(氯化银和甘汞电极)组成的原电池的电动势。结果表明,其温度系数为正(2.22×10~(-4)V℃~(-1)),反应的热力学函数变化值Δ_rG_m(298 K)、Δ_rS_m(298 K)和Δ_rH_m(298K)分别为-52.87 k J·mol~(-1)、-67.14 J·K~(-1)·mol~(-1)、-69.98 k J·mol~(-1)。与热力学函数理论值相比,其相对误差分别为3.7%、-2.4%和-2.5%。满足基础物理化学实验教学要求。     

油茶果蒲与聚丙烯共热解特性及动力学分析

为了研究油茶果蒲(CS)与聚丙烯(PP)混合比例(质量比)对两者共热解特性及动力学参数的影响, 将CS与PP按不同比例(3∶7、5∶5和7∶3)混合, 分别在5、10、15和20 ℃/min的升温速率下, 由50 ℃升温至800 ℃进行热重实验及动力学分析。热重实验结果表明: 混合样品的共热解可以分为两个阶段, 当温度低于352 ℃时, 在混合样品热解中CS热解占主导作用, 混合样品中的PP促进了CS的热解; 温度高于352 ℃时, PP的热解占主导作用, CS对PP热解起抑制作用。动力学分析结果表明: FWO法适合CS与PP单独热解及共热解动力学分析, m(CS)∶m(PP)为3∶7的混合样品平均表观活化能(217.04 kJ/mol)最低, 相比于CS单独热解的平均表观活化能(474.94 kJ/mol)降低了54.3%。     

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。     

W_2C/AC催化快速热解松木磨木木质素

以活性炭(AC)为载体制备了不同钨负载量的W_2C/AC催化剂,将其和松木磨木木质素(MWL)机械混合后进行Py-GC/MS(快速热解-气相色谱/质谱联用)实验,考察了钨负载量、催化剂/MWL比例对产物分布的影响,并通过外标法对主要产物(芳烃类和酚类)的真实产率进行了定量分析。结果表明,W_2C/AC催化剂可有效促进木质素的热解解聚生成单酚类产物,并对酚类产物具有脱羰基、脱甲氧基、脱羟基以及加氢的效果,从而促进稳定的酚类产物(不含羰基、甲氧基和不饱和碳碳双键)和芳烃类产物的生成。在4种W2C/AC催化剂中,10%-W2C/AC的催化效果最佳,在催化剂/MWL比例为5时热解产物总产率达到最大值,此时芳烃类和酚类产物的总产率由无催化剂时的21.2 mg·g~(-1)和151.0 mg·g~(-1)增加至102.1 mg·g~(-1)和191.1 mg·g~(-1)。     

六羟甲基三聚氰胺的甲醚化反应机理分析及动力学研究

在硝酸催化下进行六羟甲基三聚氰胺(HMM)与甲醇的甲醚化反应,生成了六甲氧基甲基三聚氰胺(HMMM)。考察了反应过程中甲醇浓度的变化,提出了HMM甲醚化反应的机理并建立了动力学模型。通过实验数据拟合出醚化动力学参数,分析了不同反应温度下醚化度-时间关系。结果表明,该反应是典型的可逆平衡反应,pH=3.5下,当温度由30℃升高至55℃时,甲醚化反应平衡常数由1.17增大至2.79。甲醚化正逆反应速率常数与温度的关系分别为k1=8.54×10~6×exp(-5.39×10~4/RT)与k2=257×exp(-2.79×10~4/RT)。根据van't Hoff方程计算了该甲醚化反应表观反应焓为25.97 k J×mol~(-1),表观反应熵为86.5 J×(mol·K)~(-1)。     

微波消解-ICP-AES测大米中六种矿物元素

建立了用HNO_3+H_2O_2湿法微波消解制样品,直接用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)同时测定大米6种锌铜锰铬铁镉矿物元素的分析方法。此方法的检出限为0.001~0.058mg·L~(-1)之间,测量元素含量Zn:17.12~23.80mg·kg~(-1),Cu:0.63~12.65mg·kg~(-1),Mn:8.68~13.40mg·kg~(-1),Cr:0.037~0.080mg·kg~(-1),Fe:17.39~58.57mg·kg~(-1),Cd:0~0.023mg·kg~(-1)。测定结果为食用大米提供基础数据。     

垃圾衍生燃料掺混污泥共热解特性及动力学分析

利用热重-红外联用分析仪(TG-FTIR)研究了垃圾衍生燃料(RDF)、污泥及混合热解的反应动力学和气体产物析出特性。研究结果表明,RDF与污泥混合热解过程存在协同作用。当污泥的掺混比例为50%时,整个热解过程表现为促进作用,且在500~1000℃温度段的促进效果最为明显。采用Coats-Redfern法对热解过程进行动力学分析发现,RDF与污泥混合热解反应在低温段(240~380℃)和高温段(670~740℃)符合2级反应规律,而在中温段(430~540℃)符合1级反应规律;相对于RDF单独热解,RDF掺混污泥共热解的活化能明显降低。FTIR分析发现,RDF掺混污泥共热解对CO_2和CO的析出影响不大,对CH_4的产生有明显促进作用。同时,共热解也导致HCl、NH_3和HCN等污染物析出增加。本研究结果可为RDF和污泥共热解工艺的开发与设计提供数据支撑。     

稻壳催化热解动力学分析

采用双外推法对稻壳催化热解进行了动力学分析。结果表明,50%CuO+50%Fe_2O_3和50%CuO 50%Fe_2O_3加入促进了稻壳热解,三种条件下活化能分别为87.96,63.6和50.74 k J/mol,催化剂的加入使活化能分别降低了27.68%和42.31%。催化剂的加入没有改变反应机理函数,始终保持为二级化学反应模型[(1-α)~(-1)-1]。     

双氰胺与噁唑烷酮环氧树脂体系固化动力学

采用非等温DSC法对双氰胺固化剂与噁唑烷酮环氧树脂和双酚A环氧树脂混合树脂体系固化动力学进行了研究,随着升温速率的增大,固化反应放热量急剧增加,而且固化体系的放热峰向高温方向移动。采用T-β外推法,得到了混合固化体系的特征温度,Ti为156℃,Tp为178℃,Tf为210℃,为实践中的固化工艺提供了重要依据。采用Kissinger、Crane和Arrhenius方程,计算了固化反应的表观活化能为130.86k J/mol、反应级数为0.9443和固化反应速率常数,确定了固化反应的动力学方程。