基于TG-FTIR-MS技术的烟叶角质层热解行为研究

为探究烟叶角质层热解行为及其在热解过程中气相产物释放规律,采用酶法、化学方法分离烟叶角质层,通过扫描电子显微镜和傅里叶红外光谱仪对其进行表征分析,利用热重-傅里叶红外光谱-质谱(TG-FTIR-MS)联用技术检测角质层的热释放行为和热解产物。结果表明,采用酶法和化学方法均可分离烟叶角质层,烟叶角质层的热解可分为失水(50~135℃)、快速脱挥发分(135~595℃)和碳化(595~900℃)3个阶段,其热解产生的气体成分主要包括CH_(4)和CO_(2),气态产物多集中在300~600℃温度区间,其中以羧酸类化合物和甲苯居多。苯系物在250℃左右开始产生,在500~540℃温度区间内达到峰值,而尼古丁的生成量则相对较少。

基于TG-FTIR和Py-GC/TOF-MS的新疆煤快速热解行为研究

为了探究高升温速率条件下原煤的热解特性、快速热解产物析出规律及组成情况。以新疆煤为试验对象,采用热重联用红外仪(TG-FTIR)和快速热解仪联用气相色谱串联质谱(Py-GC/TOF-MS)反应设备进行试验研究。结果表明:新疆煤的热解主要分为四个阶段,主要热解阶段在390~600℃,对应TG曲线的大幅度下降,DTG曲线在该温度区间内出现最大失重率;升温速率与热解特性参数存在线性增长关系;红外光谱显示主要挥发性物质为CO_(2)、CO、CH_(4)、C_(2)H_(4)、轻烃、C-O键和C=O键的化合物,随着升温速率的提高,挥发性物质的相对含量也逐渐提升。煤热解产物主要有烷烃、烯烃、芳香族化合物和酚类等。挥发性物质的生成量随热解温度和停留时间的增加而增大,随升温速率的增大而降低;热解产物相对含量较高的为烯烃和芳香族化合物。研究结果为煤炭快速热解反应器的开发及高附加值化学品的获取提供了理论依据。

油棕废弃物热解的TG-FTIR分析

利用热重分析（TGA）和傅里叶红外光谱（FTIR）联用技术对油棕废弃物的热解特性及其气体产物的释放特性进行了研究，采用一级反应计算了油棕废弃物的热解动力学参数。研究表明。油棕废弃物较易于热解，失重集中在220℃，400℃，其热解活化能较小，约为60kJ／mol；气体产物的析出与生物质的热解失重有着相似的特性，气体产物主要在200℃-400℃析出，主要成分为H2O、CO2、CO、CH4和有机碳水化合物的混合物，其中CO2和有机混合物的析出温度较低，而CO和CH4的析出温度相对较高。随着温度的进一步升高（〉400℃），除少量的CO2和CO外，无其他气体产物析出。气体产物的析出量与生物质样品的化学组成和结构有关。CO2和有机混合物的析出与生物质的热解失重曲线（DTG）有着相似的特性，是引起油棕废弃物热解失重的主要原因。

DSC/TG-FTIR-MS联用技术研究ADN热分解动力学和机理

应用DSC/TG-MS-FTIR同步热分析-红外质谱联用技术,研究了ADN的分解过程及分解机理,从ADN分解生成的气体产物的动态分布及气体产物的生成动力学方面,获得了ADN热分解的主要气体产物为N2O、NO2、NH3、H2O和N2,气体产物N2O、NO2和NH3的动力学参数的Ea值分别为157.5、158.6、100.0 kJ/mol,从微观角度提出了ADN可能的热分解机理。

纤维素热解的TG-FTIR分析

以生物质主要组分纤维素为原料,在热重-红外光谱联用仪上对纤维素分别以5,10,20,40℃/min的升温速率进行了热解实验研究,考察了纤维素的热解特性及轻质气体析出规律。结果表明:较高的升温速率能促进热解反应的进行,升温速率可作为影响最大热解失重速率对应温度(Tp)的一个重要因素,Tp会随着升温速率的增大而升高;纤维素热解过程中,热解气体的最大析出峰都对应于给定升温速率下的DTG失重峰;4种主要轻质气体(H2O,CO,CO2和CH4)均表现为双峰特性,且CO气体在热解后期的析出规律与CO2,H2O和CH4气体的析出规律不同;不同官能团键的断裂和重整,致使小分子气体组分和析出量的差异很大,热解过程中,羰基(C=O)和醚键(C-O-C)的断裂对CO2的生成影响显著;在低温区间CO的析出主要源于C-O-C的断裂,而在高温区间二芳基醚的分解则是CO产生的主要原因;CH4气体的析出主要由甲氧基(CH3O-)的伸缩振动引起。

基于TG-FTIR和Py-GC/MS的生物质三组分快速热解机理研究

利用热重红外联用仪(TG-FTIR)和快速热解-气相色谱/质谱联用仪(Py-GC/MS),对生物质三组分(纤维素、半纤维素和木质素)的热解失重规律、动力学和挥发分组分及其含量进行了对比研究。TG/DTG曲线表明,纤维素热解失重区间最窄,峰值处热解失重率最大;半纤维的最易发生降解,存在两个失重区间;而木质素热解过程最缓慢,热解温度范围最广。三维FTIR表明,纤维素热解主要产物为CO_2、醛类、酮类和酸类;半纤维素热解主要产物与纤维素一致,但是CO_2含量比其他几类组分高很多;木质素热解主要产物为CO_2和芳香烃类。Py-GC/MS分析表明,纤维素热解有机组分主要为呋喃类和脱水糖类,呋喃类产物在600℃时达到最大值43.34%,脱水糖类产物在500℃时达到最大值27.78%;半纤维素热解主要产物为酮类和呋喃类,两者含量随着热解温度增加呈逐渐下降趋势;木质素热解主要产物为酚类,总酚含量在热解温度500℃时达到最大值78%,其中愈创木酚型(G-型)酚的含量最高63.43%。

TG-DTG和FTIR法研究碳酸镁水合物的热分解

以水氯镁石(MgCl2.6H2O)为镁源、Na2CO3为沉淀剂,利用沉淀法分别在30℃和90℃下制备得到碳酸镁水合物:三水碳酸镁和碱式碳酸镁。采用TG-DTG和热重跟踪法对此碳酸镁水合物的热分解进行分析。采用FTIR和SEM对热重跟踪实验中试样的组成和形态进行分析。结果表明:三水碳酸镁和碱式碳酸镁分别分5个和2个阶段进行分解,且二者脱水和脱二氧化碳的温度区间几乎相同;对于中间相的组成,FTIR分析结果与TG数据的计算结果一致;SEM图形象地呈现出了二者在轻烧过程中的形态变化。这将为盐湖水氯镁石制备高纯镁砂过程中轻烧工艺的确定提供一定的理论依据。

RDX热分解的TG-DSC-QMS-FTIR同步动力学

采用TG-DSC-QMS-FTIR同步动力学技术对RDX的热分解过程进行了研究,结果表明,RDX在熔融之后发生分解,可以确定RDX的产物有C、H2O、CH2O、N2O、CO、CO2、NO2,可能有CH4和NH3,而几乎没有NO。采用多元非线性拟合技术进行动力学参数计算,结果表明,RDX的分解过程大致可以分为3个连续步骤,第1步反应的活化能为235kJ/mol,指前因子log(A/s-1)为22,反应级数为0.6,主要气体产物为CO2、NO2和CH2O;第2步反应的活化能为110kJ/mol,指前因子log(A/s-1)为1.5,反应级数为1.7,主要的气体产物是N2O、H2O、CH4、NH3、C2O+/C3H+4、CN+/C2H3+、CHO+/C2H+;第3步反应的活化能为223kJ/mol,指前因子log(A/s-1)为20.9,反应级数为4,主要的产物是C和CO。

小麦秸秆热解产物逸出特性TG-FTIR研究

以小麦秸秆为研究对象,采用热重一傅里叶变换红外光谱(TG-FTIR)联用技术和分布活化能模型(DAEM),考察升温速率对其热解产物逸出特性的影响,计算热解过程的动力学参数。研究结果表明:随着升温速率的增大,小麦秸秆热解的起始温度和最大失重温度均向高温侧移动,最大失重速率增大,半纤维素热解的肩状峰逐渐出现;热解活化能E介于155~286 kJ/mol之间,指前因子k_0的数量级介于10^(14)~10^(23)之间;热解产物以H_2O、CO_2、CO、CH_4、甲酸和苯酚为主;主要产物的最大吸光度随升温速率的增大而增大,最大吸光温度向高温侧移动。

应用TG-FTIR联用研究催化剂对煤热解的影响

用TG-FTIR联用技术研究了碱金属、碱土金属和过渡金属对宝日希勒褐煤和包头烟煤热解的催化作用和挥发分析出的影响。结果表明,各种催化剂对褐煤和烟煤热解的催化效果分别为N i>Fe^Ca>K和Ca^Fe>N i>K,K2CO3对煤的热解没有明显的催化作用。催化剂使褐煤和烟煤热解转化率增加的最大值分别为10.1%和6.4%。烟煤热解生成的CH4比褐煤的多,不同的催化剂使煤热解挥发产物CO2、H2O、CH4和CO增加的幅度不一样,催化效果与温度和煤的变质程度有关。

不同变质程度煤的FTIR和HRTEM及TG分析

为了研究煤的结构演化特征,选用四种不同变质程度的煤样,采用傅立叶红外(FTIR)测试手段从分子尺度上对大分子结构进行解析,得到红外结构参数;应用高分辨率透射电镜(HRTEM)测试手段从聚集态尺度上对微晶结构进行表征,统计分析晶格条纹长度,得到微晶结构参数;利用热重(TG)测试手段对煤样进行热解模拟,得到热解特征参数;分析对比各项参数,探究煤演化过程中的复杂性规律。结果表明:芳香烃含量、脂肪链长度和热稳定性呈正相关;FTIR参数中的有机成熟度指数C、HRTEM参数中的高环数芳香层片(5×5~8×8)含量和TG参数中的热解初始温度θi具有相关性。当C减小时,含氧官能团含量的减少为高环数芳香层片中的含氧官能团含量的减少,热稳定性减小,θi减小,反之亦然;脂肪烃含量和生烃潜力呈正相关,和芳香烃含量呈负相关。在镜质组反射率Romax为0.6%~2.05%这一阶段,HDG6和GD2中含氧官能团等杂基脱落后才能继续芳构化。

碱性木质素与油页岩共热解协同作用的TG-FTIR研究

通过TG-FTIR与动力学方法,研究碱性木质素与油页岩混合共热解的协同作用。实验结果表明:通过二者加权平均理论值与实验实际值对比,发现在热失重过程中仅在高温热解区间有协同作用。热解动力学研究表明:碱性木质素与油页岩可用组合一级反应动力学来描述,混合质量比为8∶2时反应活化能E在高温热解区间最高,为抑制作用;其他混合比的反应活化能E在高温热解区间最低,为促进作用。通过红外光谱的检测,对共热解过程有明显变化的官能团进行分析,共热解过程析出的CH_4、CO、CO_2、H_2O浓度在高温热解区间均有不同程度的增大,混合比为8∶2时,浓度均为最低。

伊宁长焰煤热解特性的TG-FTIR研究

采用热重分析仪研究热解温度、升温速率、粒径和气流量对伊宁长焰煤热解特性的影响,同时利用与其联机的傅立叶变换红外光谱仪在线检测热解析出的气体规律。

基于TG-FTIR的生物质催化热解试验研究

运用热重-傅里叶红外光谱联用技术(TG-FTIR),以麦秸为研究对象,探讨催化与非催化条件下生物质的热解挥发分析出特性,分析研究热解温度、催化剂种类对生物质热解主要析出产物的影响。通过热重TG和DTG曲线,获得了相关热解特性参数及动力学参数。结果表明,添加NiO和CaO存在两个失重峰,并促进麦秸热解反应进行,降低表观活化能,其中NiO对提高热解析出产率作用更显著。通过红外光谱对热解产物实时测量的分析表明,CO与CO2的析出与失重峰基本一致,而CH4的析出滞后于前两者。添加NiO和CaO有利于减少热解产物中的CO2的浓度,促进挥发分产物CO、CH4的生成。其中CaO更有利于生物质在温度800℃以下的热解性能改善,而NiO在800℃以上具有更好的催化作用。

基于TG-FTIR的落叶松木材热失重与热解气相演变规律研究

采用热重红外光谱联用分析法考察了落叶松木材在不同升温速率下的热失重特性及气相演变规律,并与其组分模混物的热解特性进行了对比分析。结果表明,落叶松的主要失重区域相对于模混物较宽,落叶松残炭率(18.97%)相对于模混物(29.83%)较低;在低温段,模混物的活化能高于落叶松木材,而在高温段二者差别不大;落叶松木材热解过程经历了水分析出、主成分热分解、后期炭化等阶段,气体析出主要集中在375℃左右;落叶松在热解反应过程中,主要气体产物生成量顺序为CO2>H2O>CH4>CO,随着升温速率的增加,上述气体产物的生成量明显增多;模混物与落叶松木材热解生成气体规律基本相似,但模混物中各气体析出强度均相对较高。

基于TG-FTIR的大豆油热解特性研究

利用热重-红外分析仪(TG-FTIR)研究了大豆油热解特性。通过大豆油热解产物的在线分析,验证了大豆油的热解机理,大豆油热解主要分为两个阶段:甘油三酯裂解阶段和由第1阶段生成的脂肪酸的裂解阶段。加入两种常用的油脂裂解催化剂碱性氧化物CaO和介孔分子筛MCM-41以考察油脂的催化裂解特性,两种催化剂对大豆油热解反应影响显著,使其热解终止温度升高,主要热解区间扩大,最大热解速率降低;由产物红外光谱图分析可知,CaO有较好的脱氧效果,MCM-41可以抑制酚类物质的生成。利用Coats-Redfern积分法计算大豆油主要热解区间的动力学参数,结果表明,在MCM-41催化下反应活化能降低,而CaO催化过程具有两个失重阶段,第1阶段活化能升高,第2阶段活化能降低。

1-正丁基-3-甲基咪唑溴化物离子液体TGA-FTIR研究

利用TGA-FTIR技术,研究了空气及氮气气氛下1-正丁基-3-甲基咪唑溴化物的热性能.结果表明,在不同的气氛下,在离子液体的沸点附近,存在一定的蒸汽压,随着温度的升高,1-正丁基-3-甲基咪唑溴化物主要以蒸气的形式汽化.在离子液体汽化过程中,未观察到离子液体发生明显的分解现象.在受热过程中,离子液体可能发生碳化作用,在空气气氛中,离子液体可能发生氧化作用,并且,离子液体的碳化速率与氧化速率基本接近.随着温度的升高,离子液体的氧化及碳化产物被进一步深度氧化.

用TG—DSC—FTIR联用技术研究酚醛树脂的热解行为

采用TG—DSC—FTIR技术研究酚醛树脂的热解过程,并用FTIR对不同温度下的受热产物进行分析。结果表明,酚醛树脂的热解可划分为3阶段:第一阶段,由于树脂中固化后残存的水分蒸发及树脂进一步缩合,质量损失率12.64%。第二阶段,质量损失速率在537.2℃时达到最大值0.151mg/min,共失重19.57%,这是酚醛树脂热分解的主要阶段,释放出H2O、低分子酚类物质(LMP)、CO2、CH4等低分子烃(LMH)和CO等热解产物。第三阶段为热解的收尾阶段,失重8.31%,释放出CH4等LMH和CO。酚醛树脂在氮气保护下的整个热解过程均需吸收热量。FTIR分析表明,酚醛树脂受热后,游离OH含量持续下降,直至完全炭化。在400℃以上,由于热解释放出LMP和CH4等LMH,产物中C—H和酚环C—O吸收峰明显降低。

生物质催化热解的TG-FTIR研究

借助综合热分析仪和傅立叶红外联用技术(TG-FTIR),考察了HUSY、REY和HZSM-53种分子筛以及重油催化裂化催化剂MLC和馏分油催化裂解催化剂CIP对生物质催化热解的活性和选择性。研究结果表明,分子筛对生物质热解产物的脱氧活性顺序为:REY≈HUSY>HZSM-5,生成高辛烷值烃类的选择性顺序为:REY>HUSY≈HZSM-5;MLC催化剂和CIP催化剂都表现出较高的选择活性,前者的脱氧活性略高于后者;择形分子筛HZSM-5的引入对调整催化剂酸强度、提高催化转化选择性和抑制焦炭生成产生一定作用。

TG-FTIR联用下生物质废弃物的热解特性研究

采用TG-FTIR(热重-傅立叶红外光谱)联用的分析方法对红松锯屑的热解失重特性和产物生成特性进行了研究。结果表明,红松锯屑热解失重的主要阶段发生在200～450℃间,反应符合一级反应动力学模型,活化能在70～80kJ·mol-1之间。小粒径有利于热解反应的进行,且该现象随着升温速率的增大而变得显著,但在本实验的梯度水平下粒径对热解特性的影响相对较小。升温速率对热解特性的影响相对较大,高的升温速率导致热解起始温度和失重峰温度向高温区移动,加快了热解进程,且升温速率达到50K·min-1时,在735℃左右观察到特殊失重峰。FTIR的实时分析结果表明,热解的气态产物主要有CO2、CO、CH4和其他低分子烃类,通过对产物浓度变化的半定量分析,验证了粒径对热解特性的影响效果以及735℃左右特殊失重过程的存在。