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。

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。

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。

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。

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。

稻壳与褐煤共热解过程的TG-FTIR分析

利用TG-FTIR技术对稻壳与褐煤按照不同比例进行的共热解过程进行分析.结果发现,共热解过程的热失重相对于单独热解有所加深,尤其是在稻壳与褐煤按照2∶8比例进行共热解时;共热解过程的热解产物发生变化,其中CO2产物增加明显,CH4产物略有减少,CO产物略有增加,其他有机化合物如酚类化合物、含羰基结构化合物和含芳环结构的化合物都有所减少.根据共热解产物变化规律和生物质与褐煤单独热解反应的机理,分析共热解过程中二者发生协同作用的原因是:生物质中的金属氧化物对煤炭黏结成焦炭过程有抑制作用,从而促进了煤炭的进一步分解;并且在慢速共热解过程中生物质相对于煤炭先产生H2,而H2的存在抑制了煤炭在高温时的缩合反应,从而加强了其裂解反应.

生物油热解气化的TG-FTIR分析

该文主要目的是了解生物油的热解气化特性及气体产物的析出特性,采用木屑快速热解生物油为对象,利用热重与傅立叶红外分析仪联用对生物油的热解气化行为进行实验研究。实验结果表明生物油的热解分为两个阶段:挥发分的快速析出(200～300℃)与生物油的碳化,生物油的热解气化符合三维扩散模型,且随着升温速率的升高热解活化能先升高后降低。红外分析结果表明生物油热解气化的主要气体产物为CO、CO_2、CH_4、H_2O和碳氢化合物等小分子气体,有机化合物的析出主要在低温段,而生物油中重质组分的裂解主要在中高温度段。

基于TG-FTIR与XPS的硬质聚氨酯泡沫/膨胀石墨复合材料阻燃机理研究

采用热重-傅里叶红外光谱(TG-FTIR)研究硬质聚氨酯泡沫(RPUF)和硬质聚氨酯泡沫/膨胀石墨复合材料(RPUF/EG)燃烧过程中气相产物生成及变化规律,采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)研究其炭渣的微观形貌、元素组成及键合状态,结合阻燃性能测试阐明RPUF/EG复合材料阻燃机理。SEM分析表明RPUF/EG复合材料燃烧后炭渣中存在大量"蠕虫状"结构。TG-FTIR分析表明RPUF/EG复合材料热解分为两个阶段,第一个阶段对应于聚氨酯分子链硬段的降解,第二个阶段对应于聚氨酯分子链软段的降解,降解产物有异氰酸酯化合物、胺类化合物、碳氢化合物、芳香族化合物、CO、CO2以及酯类化合物,RPUF/EG硬段降解产物强度高于PRUF的降解。XPS分析表明RPUF炭渣中C,N和O元素含量分别为77.63%,10.30%和12.07%,RPUF/EG30炭渣三种元素含量分别为82.18%,9.18%和8.35%。在此基础上,通过对C元素的分峰拟合发现RPUF炭渣中C-C/C-H,C-O/C-N和CO/CN含量分别为51.38%,38.89%和9.73%,RPUF/EG30炭渣中三种结构含量分别为53.99%,37.62%和8.39%,说明膨胀石墨的加入有利于聚氨酯分子链中C元素形成稳定石墨碳结构,从而有利于形成致密炭层;通过对N元素的分峰拟合发现RPUF炭渣中-NH-和N结构含量分别为49.06%和50.94%,RPUF/EG30炭渣中-NH-和N结构含量分别为43.96%和56.04%,说明膨胀石墨的加入有利于聚氨酯分子链中N元素形成稳定芳杂环结构,从而形成致密炭层;通过对O元素的分峰拟合发现RPUF炭渣中O,-O-和O2/H2O三种结构含量分别为19.30%,16.72%和63.98%,RPUF/EG炭渣中三种结构含量分别为25.57%,36.60%和37.83%,进一步说明RPUF/EG炭渣致密性明显提高。综合TG-FTIR,XPS和SEM分析,结合阻燃性能测试可以得出RPUF/EG复合材料阻燃机制:膨胀石墨粒子在燃烧过程中膨胀形成"蠕虫状"结构,其释放的酸性气体促进了聚氨酯分子链硬段的降解,并且促进聚氨酯分子链中C和N等元素形成致密炭层,上述致密炭层与"蠕虫状"结构一起覆盖在燃烧区域表面,有效抑制燃烧区域物质以及能量的输运,从而达到阻燃目的。以上研究为揭示膨胀石墨阻燃机理,拓展其在相关领域的使用提供了实验基础和理论依据。

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。

基于TG-FTIR的生物质加压热解试验研究

运用热重-傅立叶红外光谱联用技术(TG-FTIR),以麦秸为对象,探讨催化与非催化条件下生物质的加压热解特性,分析研究热解压力、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,获得相关热解特性参数及动力学参数,结果表明添加NiO和CaO的加压催化热解均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的分析表明,提高热解压力以及加入适当的催化剂NiO和CaO均有利于增加CO和CH_4的生成。而且热解压力增加提高了NiO和CaO的催化作用,其中添加NiO时,在800℃以上具有更好的催化作用,且提高压力更有利于促进CH_4的生成;而添加CaO时,提高热解压力有利于减少CO_2的生成。

用TG-FTIR考察煤燃烧过程中石灰石固硫影响因素

大量燃煤伴随而来的环境问题是 SO2 污染及酸雨 ,用钙基固硫剂固硫可以降低 SO2 污染 ,改善大气环境质量 ,是一种投资少 ,见效快的实用技术 .用碳酸钙作为吸收剂 ,考察了煤燃烧过程中固硫的影响因素 .实验表明 ,用石灰石固硫的最佳工况条件是温度为 1 0 0 0℃左右 ,钙硫比为 3∶ 1 .

热重-红外联用(TG-FTIR)分析含油污泥-废轮胎混合热解特性

为含油污泥和废轮胎共热解工艺的开发与设计提供数据支撑,采用热重-红外联用(TG-FTIR)对含油污泥与废轮胎在不同混合比例下的热解动力学和气体析出特性进行了分析。研究发现,随着废轮胎掺混质量分数增加(从10%到50%),初始热解温度逐渐增加(从311.80℃到335.30℃),但热解特性指数也逐渐增加(从5.41×10^(–11)到1.53×10^(–10)),同时热解终温逐渐减小。由此表明混合热解可弥补单物料热解存在的不足。通过协同作用分析发现,不同的混合比例热解,相互作用及作用程度不同;利用Coats-Redfern法对混合热解过程动力学分析发现,第二阶段(500~800℃)所需的活化能最低,第三阶段(800~1200℃)最高;通过FTIR分析发现,热解主要生成H_2O、CO_2、CO、CH_4等物质;结合综合热解特性指数、相互作用和热解效率指数分析发现,对于以含油污泥处理为主的混合热解,掺混废轮胎比例为50%时可获得较多的可燃气体。

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。

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%。

添加剂抑制CaSO_4高温分解的TG-FTIR研究(Ⅰ)氧化物系列

固硫产物 Ca SO4在高温下易分解 ,导致钙基固硫剂在高温下固硫率急剧下降 ,限制了燃烧过程中固硫技术在工业锅炉中的应用 ,固硫产物的稳定性是影响高温固硫率的重要因素 ,采用 TG- FTIR联用技术 ,在线测定了不同种类的添加剂对 Ca SO4高温热分解的影响规律 ,结果表明 :分别添加一定比例的 Al2 O3 ,Mg O和 Zn O等氧化物对 Ca SO4晶体在高温下 ( 1 0 0 0℃～ 1 45 0℃ )的分解有明显的抑制作用 .

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。

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13CNMR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118kJ/mol、50kJ/mol、144kJ/mol和34kJ/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。

用TG-FTIR研究TNT的热分解

用ＴＧＦＴＩＲ技术研究了２，４，６三硝基甲苯（ＴＮＴ）在高纯氮气和等速升温（１０℃／ｍｉｎ）条件下的缓慢热分解行为，测定了分解气体产物的组成。实验表明ＴＮＴ在２２４．１６℃时分解速度达到最大，其主要分解产物为１，３，５三硝基苯和ＣＯ２。由此推断的ＴＮＴ缓慢热分解过程、步骤以及ＴＮＴ的热分解机理与Ｓｈａｃｋｅｌｆｏｒｄ报道的一致。