黄铵铁矾渣热分解反应机理及其动力学解析

针对黄铵铁矾渣侧吹熔炼熔渣稳定控制研究需求,采用热重−差热−质谱联用仪结合XRD、SEM-EDS等分析方法对其热分解过程及动力学特性进行研究。结果表明:黄铵铁矾渣中主要化合物为铵铁矾(NH_(4))Fe_(3)(SO_(4))_(2)(OH)_(6)、铁锌尖晶石(Zn,Fe)Fe_(2)O_(4)及硫酸铅PbSO_(4)、CaSO_(4)(H_(2)O)_(2)等硫酸盐。在热分解过程中,铵铁矾在380℃左右发生了脱氨、脱羟反应,生成各种硫酸盐,其机理函数为减速型α−t曲线;Fe_(2)(SO_(4))3在610℃时发生了分解,反应表观活化能E为153.07 kJ/mol,强化气体产物的扩散有助于推进反应进程;硫酸铅在1080℃左右发生分解,其反应机理遵循三维扩散,表观活化能较高(555.90 kJ/mol);硫酸铅分解的主要限制性因素是分解产物PbO在渣中的扩散,可通过降低渣系的熔点及黏度促进反应进行。

CaO添加量对焦炭反应性和反应动力学的影响

近年来,研究表明利用高反应性焦炭进行高炉炼铁不仅可以降低燃料比,而且可以降低碳排放。因此,开发高反应性焦炭的研究受到关注。本工作在不同变质程度煤中添加CaO进行炼焦,研究CaO添加量对焦炭反应性和反应后强度的影响。同时,研究添加不同含量CaO的焦炭在不同升温速率下的焦炭与CO_(2)非等温气化反应行为,分析了CaO对焦炭气化反应特征参数以及动力学过程的影响规律。

半干法脱硫灰中亚硫酸钙反应动力学研究

本研究以CaSO_(3)·2H_(2)O,10%CaCl2-CaSO_(3)·2H_(2)O,6%Fe_(2)O_(3)-CaSO_(3)·2H_(2)O为对象,利用TC-DSC热分析动力学及Kissnger、Ozawa、Crane和Coasts-Redfern方程等几种非等温动力学分析方法,对CaSO_(3)及其混合物氧化动力学特性进行研究。分析CaSO_(3)氧化反应过程,气-固反应机理,计算反应最概然机理函数和动力学参数。结果显示:CaSO_(3)·2H_(2)O和6%Fe_(2)O_(3)-CaSO_(3)·2H_(2)O在空气中氧化分为两个阶段,属于三维扩散控制的气-固反应,前者E_(a)为205.5kJ·mol^(-1),A为6.791×10^(12)s^(-1),后者E_(a)为195.62kJ·mol^(-1),A为2.51×10^(12),Fe_(2)O_(3)促进氧化反应进行;10%CaCl2-CaSO_(3)·2H_(2)O在空气中氧化与上述两种物质有明显不同,反应分为三个阶段,属三维扩散(球形对称)控制的气-固反应机理,CaCl抑制氧化反应的进行,E_(a)为243.98kJ·mol^(-1),A为5.67×10^(15)s^(-1).

Elementary Reaction的三个动力学特征

Elementarc Reaction(基元反应)是化学动力学中一种特殊类型的反应形式,其在化学动力学上具有三个显著的特征,笔者在文中对这三个动力学特征进行了揭示和分析。

餐厨垃圾厌氧沼渣在不同温度下的热解特性

城市干湿垃圾分类后,餐厨垃圾经厌氧消化被用于沼气的制造,沼渣是其副产品.为研究沼渣热处理/燃烧技术,通过热重与热裂解-气相色谱质谱联用实验分析了厌氧沼渣的热解规律.结果表明:沼渣中有机组分热解存在两个吸收峰,两峰值位置在200~300℃.200~300℃低温下沼渣热解气中以碳数C9~C18的有机物为主;中温500℃下C19及以上有机物比例由19%提高至31%;高温700℃下C8及以下有机物由6%提高至27%.说明在高温下样品表面会发生热解二次反应.400℃沼渣灰中含有Na、K、Cl,在高温下会释放.750℃的热天平峰值是灰中CaCO_(3)热解失重.沼渣热解产物中,烃、酸的热解主要发生在低温下,醇的热解主要在中温下进行,含N有机物的充分释放发生在高温下.

废白土热解制备烃类化合物的热解行为分析

文章利用动力学模拟与热解试验相结合的方式探究了废白土的热解行为,并阐述了废白土的热解反应路径。Kissinger-Akahira-Sunose和Flynn-Wall-Ozawa动力学分析表明,废白土的热解主要分为两个阶段,反应所需活化能先由207.874 kJ/mol逐渐上升至455.460 kJ/mol,随后进入稳定阶段,最后热解结束,活化能突变至683.229 kJ/mol。固定床热解试验结果表明,废白土热解第一阶段(180~420℃)的主要产物为羧酸,随着热解温度的升高,热解进入第二阶段(420~550℃),将羧酸转化为脂肪烃、芳烃、酮及其他小分子氧化物。该研究可为废白土的热解处理乃至其他含油固体废弃物的热解处理提供很好的理论依据。

海藻酸钙/硅胶/羧甲基壳聚糖复合微球固定化柚苷酶的研究

柚苷酶可对柑橘类水果中的柚皮苷等苦味物质进行水解,从而实现果汁的脱苦或普鲁宁等医药中间体的制备。作者采用滴入法制备具有环境友好且易获得特性的海藻酸钙/硅胶/羧甲基壳聚糖复合微球,以此作为载体,用于柚苷酶的固定化研究。结果表明,在硅胶/羧甲基壳聚糖质量比1.0∶1.5、交联时间2.0 h、固定化温度25℃、偶联时间4 h、给酶量465.6 U/mL的实验条件下,复合微球固定化柚苷酶的比活力、载酶率和酶活力回收率分别可达203.33 U/g、36.80%和62.15%。同时,相比游离柚苷酶,该复合微球固定化柚苷酶对pH和温度变化均显示出更好的稳定性,且更易操作和储藏。此外,海藻酸钙/硅胶/羧甲基壳聚糖复合微球固定化柚苷酶的应用能够进一步拓宽柚苷酶在食品、医药等领域的深入发展。

基于DSC研究酚醛树脂硫化三元乙丙橡胶动力学

采用SnCl_(2)·2H_(2)O作为酚醛树脂硫化三元乙丙橡胶(EPDM)的催化剂,通过二维在线红外光谱、DSC等方法研究了SnCl_(2)·2H_(2)O对硫化EPDM的影响以及硫化反应动力学。实验结果表明,SnCl_(2)·2H_(2)O对酚醛树脂硫化EPDM有明显的催化作用。对于酚醛树脂-EPDM-SnCl2体系,适宜的反应条件为:酚醛树脂用量6 phr,酚醛树脂与SnCl_(2)·2H_(2)O用量比为7~8,硫化温度为200℃。随升温速率的增大,硫化反应的温度范围变窄,硫化反应时间缩短,反应焓增大。该体系的n级动力学模型为dα/dt=6.84×10^(7)e^(-70.3/RT)(1-α)^(0.9)。

生物质炭燃烧特性与动力学分析

利用小型固定床反应器对棉杆和木屑进行了炭化制焦实验,利用热重分析仪对制得的生物质炭进行氧化实验。基于综合反应速率方程推导了生物质炭氧化过程气固反应机理,并对热重实验结果进行拟合计算。实验结果表明,随着制焦炭化温度的升高,生物质炭的着火温度和燃尽温度升高,燃烧特性指数S减小;棉杆炭综合燃烧性能优于木屑炭。棉杆炭在低温段和高温段燃烧的反应机理不同,低温段燃烧反应的机理是片状内扩散反应机理,高温段燃烧反应的机理是球形界面化学反应机理。木屑炭的反应机理是球形界面化学反应机理。拟合计算求得的活化能并不能反映出生物质炭进行燃烧反应的难易程度。

煤气再燃还原氮氧化物的特性研究

电厂煤粉锅炉燃煤过程产生的氮氧化物对环境的污染非常严重。为了降低氮氧化物(NO_x)的排放,并且利用现有的地下气化煤气气源,把煤气作为再燃燃料还原煤燃烧已生成的NO_x,研究煤气再燃还原NO_x的化学动力学特性。煤气中对NO_x还原起主要作用的气体是H_2、CO和CH_4,其比例是5.6:4.7:1,构造了一个适用于煤气再燃还原NO_x的化学反应机理(200个反应46种物质),利用该机理研究了O_2浓度、温度、初始的NO浓度、压力对煤气再燃还原NO_x的影响,并给出了计算结果,利用这些机理可以很好地预测燃烧过程中的NO_x排放特性,优化反应过程和运行参数。

油页岩半焦燃烧反应活性分析

采用美国Perk in E lm er公司生产的Pyris1 TGA热重分析仪,对桦甸油页岩半焦进行燃烧特性试验研究,得到3种不同升温速率下的油页岩半焦燃烧特性曲线,并使用平均质量反应性指数和燃烧稳定性指数对半焦反应性加以评价。油页岩半焦燃烧分燃烧快速段、过渡段和燃烧慢速段3个阶段进行。随着升温速率的提高,在燃烧快速段,表观活化能为133.901 3—100.204 2 kJ/mol;在燃烧慢速段,表观活化能为146.317 1—211.409 3 kJ/mol。利用Coats-Redfern法确定了燃烧快速段反应级数为3,而燃烧慢速段则为5.5,从而得到油页岩半焦燃烧化学反应的动力学参数,为油页岩半焦的有效开发与经济利用提供了理论依据。

油页岩与煤的混烧特性研究

使用STA409型热综合分析仪进行了桦甸油页岩与高硫合山煤的混烧特性实验研究,得到了油页岩和高硫煤混烧的TG和DTG曲线,分析了不同Ca S对油页岩和高硫煤混烧特性的影响规律,同时运用Freeman Carroll法计算得到了不同Ca S下的油页岩燃烧特性化学反应动力学参数。研究表明,在高硫煤中加入少量的油页岩,高硫煤的燃烧特性有所改善,燃烧特性趋好;油页岩的加入使得高硫煤低温段的燃烧产物初析温度降低,着火温度提前;在高硫煤中加入20%左右的油页岩作为可燃脱硫剂从燃烧角度讲是切实可行的。

煤与生物质混合燃烧特性及动力学分析

本文利用热分析技术,对煤与两种生物质混合物的燃烧特性进行了研究,并对反应动力学进行了分析。结果表明,混合燃烧改变了煤的燃烧特性,改善了燃烧性能,混合物的燃烧反应服从燃烧反应动力学规律。

天然气炭黑燃烧特性的热天平研究

利用热重分析天平对天然气扩散火炬中直接取样得到的炭黑的燃烧性能进行了研究,并选用了蜡烛炭黑、4种商业炭黑以及一种无烟煤焦炭作为对比。基于试验结果确定了燃烧动力学特性参数,并分析了它的燃烧特性。天然气扩散火焰中生成的炭黑具有着火相对容易、着火温度较低(与煤焦或挥发份较低的煤比)、前期燃烧较弱、后期燃烧较缓慢、燃尽时间较长等燃烧特性。这些结果为利用天然气燃烧过程的炭黑生成强化火焰辐射特性并进行有效控制提供了依据。

重型燃气轮机燃烧过程的反应动力学数值模拟

为了阐明重型燃气轮机燃烧过程的反应动力学特性,采用Gri_3.0,NUI_Galway与USC_2.0动力学模型对甲烷燃料在定容燃烧反应器中的燃烧特性进行了数值计算,并与实验结果进行了对比分析,确定了甲烷燃料的反应动力学模型;耦合该反应动力学模型与CFD计算软件,对燃用甲烷燃料的重型燃气轮机燃烧室单个火焰筒的燃烧过程进行了反应动力学分析,并与相应实验结果进行了对比分析。结果表明:与NUI_Galway及USC_2.0动力学模型相比,采用Gri_3.0动力学模型计算得到的甲烷燃料多工况下的燃烧特性与实验值吻合较好;在该重型燃气轮机燃烧室单个火焰筒中,在火焰筒头部与主燃区同时存在两个明显的呈对称状态的回流区;在该火焰筒中的高温区域,O,OH与H等活性组分以及CO2的摩尔分数达到最大,而在低温区域CO的摩尔分数达到最大;同时,与实验值相比,采用Gri_3.0动力学模型计算得到的单个火焰筒的出口平均温度略高约4K,热点温度高约197K。

酸性条件下H^+Ca^(2+)在红壤表面反应的能量特征

用自行设计的动力学装置研究了酸性条件下H+ -Ca2 + 在红壤表面的反应动力学能量特征。结果表明 ,酸性条件下Ca2 + 吸附分为快反应和慢反应。用一级动力学方程拟合的Ca2 + 最大吸附量随酸度增加显著下降 ,随温度升高提前达到平衡。用双常数方程描述Ca2 + 在吸附点位能量分布的不均匀性 ,用扩散速率常数计算的活化能 (Eb )随酸度的增加而增加 ,Ca2 + 扩散需克服的能障加大 ;ΔH 值为正 ,温度升高可促进Ca2 + 的扩散 ;ΔS 值均为负 ,说明吸附反应使体系有序度增加。原液pH为 4 .5和 5 .6时 ,流出液的pH急剧下降 ,H+ 表观释放量用一级动力学和双常数方程拟合为最佳模型 ,其次是Elovich方程、扩散方程和零级方程 ;pH5 .6处理时H+ 、Al3 + 扩散进入溶液克服的能障比pH 4 .5处理的小 ,后者质子扩散需热能较大而不易进行 ;H+ 扩散活化焓变为正 ,其扩散是吸热过程。pH 3.5时流入液比流出液的pH高 ,是由于土壤的缓冲作用、土壤表面质子化和硫酸根专性吸附释放羟基 ;当溶液中H+ 超过一定数量后 ,向颗粒表面扩散的H+ 量比向外释放的多 ,反应初期的H+ 消耗是快反应过程。H+ 消耗的活化能及热焓比其释放的低 ,更有利于H+ 的吸附 ,因H+ 对矿物的溶蚀成为速率控制步骤 ,H+

菲降解菌的降解特性及酶促反应动力学研究

通过对取自MBR膜生物反应器中的活性污泥加入菲进行富集培养、驯化,分离、纯化出一株能以菲为唯一碳源和能源的短杆状革兰氏阴性菌J-1,细菌长2～5μm,宽1～3μm;研究了初始底物浓度、温度、pH对菌株J-1降解菲的影响,探讨了菌株J-1胞内酶对菲降解的底物抑制动力学。试验表明:菌株J-1在48h内能将不同浓度菲的水溶液中的菲完全降解;菲浓度增加,达到完全降解的时间延长。温度对细菌的降解能力影响较大,菌株J-1对菲降解的最佳温度为28℃。1.15mg·L-1的菲,28℃时48h内能完全降解,而相同时间内10℃时的降解率仅为36.65%。菌株J-1对pH的波动具有一定的适应性,pH在一定范围内(6.0～8.4)变化对菲降解的影响不大,降解反应的最佳pH为7.2。菌株J-1对菲的降解符合一级动力学反应方程。较高的底物浓度对酶促降解反应具有抑制作用,酶促反应的最大速率常数vm=1.17mg·L-1·h-1,米氏常数Km=61.70mg·L-1;底物抑制常数kS=49.60mg·L-1;最佳底物浓度[S]opt=55.32mg·L-1。

基于热重红外联用技术的不同煤种燃烧特性研究

采用热重红外(TG-DSC-FTIR)联用技术对锡盟褐煤、大同烟煤和阳泉无烟煤进行了煤粉燃烧特性试验,分析了煤化程度对燃烧特性、反应动力学特性以及气体产物释放过程的影响。结果表明:随着煤化程度的降低,煤粉的着火点和燃尽点降低,着火特性增强,燃尽时间缩短,TG-DTG-DSC曲线向低温区移动;随着煤化程度的降低,煤种的燃烧特性指数S、Sw、Rw和Cb增大,煤粉燃烧表观活化能降低,各项指标均表明锡盟褐煤的着火燃烧特性最好;随着煤化程度的降低,燃烧气体产物CO和CO2析出峰向低温区移动,析出峰的宽度变窄,燃烧气体产物释放时间缩短,CO与CO2的释放量之比下降,燃尽特性增强;煤中硫的赋存形态对SO2的析出特性具有重要的作用。

茶树菇多酚氧化酶动力学特性研究

采用分光光度法分析茶树菇多酚氧化酶(polyphenoloxidase,PPO)动力学特性,研究了底物浓度、pH值及温度等因素对PPO活性的影响,建立了茶树菇褐变的反应动力学方程。结果表明,茶树菇PPO最适温度50℃,最适pH4.0～5.0。用Michaelis-Menten机理描述得茶树菇PPO相应的动力学参数KM=2.59mol/L,Vmax=0.127U/min。此外还对茶树菇不同部位的PPO活性进行了调查分析。

油页岩燃烧性能的热分析研究

采用德国生产的LEITZⅡA热显微镜和中国生产的WRT 2型差示热天平 ,对桦甸油页岩的燃烧性能进行了研究。基于实验结果确定了燃烧动力学特性参数并分析了油页岩的燃烧特性。油页岩具有着火容易、着火温度低、燃烧以挥发分为主、前期燃烧反应强烈、后期燃烧反应能力差、燃尽困难、容易结渣等燃烧特性 ,是一种高灰分、高挥发分、低热值燃料。油页岩不适合通常的燃烧方式而将其作为循环流化床锅炉燃料是适宜的。中国油岩资源丰富 ,已探明的油页岩储量为 315 .6 5亿吨 ,是一种潜在的重要能源 ,研究结果为桦甸油页岩燃烧的能源利用奠定了基础。