热分析在石油炼制与化工催化剂研究中的应用

热分析技术是一种复杂、灵活、多样的综合型表征技术,涉及的仪器类型多、分析方法灵活多样,在石油化工领域得到了广泛的应用。通过对热分析技术的发展历程和研究进展进行回顾,详细介绍了热分析技术的分类和主要热分析方法的定义、原理及其在炼油催化剂、新材料开发、催化反应过程研究、柴油机油评定、固-液相变材料研究等方面的应用情况,综述了热重分析(TG)、差示扫描量热(DSC)和热重-质谱联用(TG-MS)等热分析方法在催化剂热行为、热稳定性、催化剂合成和前驱体煅烧、积炭及催化剂失活、润滑油氧化安定性评价、相变材料热物性测定以及揭示热分解机理等方面的应用。随着热分析联用技术的进步和研究对象的拓宽,热分析将在物化表征方面提供更全面的数据支撑,在原位反应和反应动力学的研究中发挥更好的作用。

纳米钛酸钡前体热分解反应动力学及颗粒演化机理

钛酸钡具有介电常数高、介电损耗低等优良性能,是制备多层陶瓷电容器等元件的基础原料。以草酸盐共沉淀法制备的纳米钛酸钡前体为原料,采用热重-质谱联用分析仪研究了其热分解特性和气体析出特性,揭示了纳米钛酸钡前体热分解反应的机理,利用kissinger-akahira-sunose(KAS)法和flynn-wall-ozawa(FWO)法进行了反应动力学计算,并采用扫描电子显微镜(SEM)观察了热分解产物的微观形貌,分析了颗粒的演化机理。结果显示:纳米钛酸钡前体热分解过程可分为4个失重阶段,第一阶段为水分析出,第二阶段的析出气体为CO和CO_(2),第三和第四阶段的析出气体为CO_(2),据此推导出了各阶段涉及的反应式;随着升温速率的提高,各失重阶段对应的最大失重速率温度均向高温区移动,第四阶段向高温区移动的幅度最大,达到113℃,但该阶段在30℃/min条件下的失重速率最快、反应得到强化;FWO模型更适用于描述纳米钛酸钡前体的热分解过程,四个阶段的平均反应活化能分别为67.89kJ/mol、208.92kJ/mol、494.04kJ/mol和195.11kJ/mol,第三阶段的反应活化能最高、反应较难发生;在纳米钛酸钡前体热分解过程中,宏观大颗粒会演化成微观小颗粒的聚集体,较高的恒温温度会导致颗粒粒径变大,因此恒温温度不宜超过900℃。研究结果为纳米钛酸钡前体热分解工艺参数的选择提供了理论依据。

稻壳和稻草的热重-质谱分析及其反应动力学

采用热重-质谱(TG-MS)联用对比研究了氮气气氛中稻壳和稻草在升温速率分别为5,20℃/min时的热解行为,分析得到了稻壳和稻草热裂解过程产生的小分子气相产物(CO,CO_2,CH_4,H_2)随温度和升温速率变化的释放规律.结果表明:稻壳和稻草的热解过程可分为脱水干燥预热解阶段、挥发分析出快速热解阶段和残余物裂解炭化阶段;稻草热解总失重率约为75%,稻壳约为55%,而且稻草的热解特性指数高于稻壳;稻草热解释放生物质燃气主要成分(CO,CH_4,H_2)的离子流强度明显高于稻壳;用Coats-Redfern法计算生物质的热解动力学参数,表观活化能和挥发分初始析出温度均是稻草<稻壳,这与实验结果吻合,表明相同条件下稻草的热解性能优于稻壳.

工业碱木素热裂解特性研究

用热重分析法和热解色谱质谱联用技术（Py-GC-MS）对工业碱木素热解行为进行了初步研究,分析了工业碱木素在不同升温速率下的热分解特性。结果表明,工业碱木素的热解过程主要分为4个阶段,在200℃以下的低温区和300-500℃的中温区各有1个强烈失重峰。工业碱木素热裂解产物非常复杂,Py-GC-MS分析表明,在300℃下的热解产物中,以源于工业碱木素的聚糖热解产物为主,含有一定量的低分子木素热解构产物;在450℃下的热解产物中,以木素大分子的热解构产物为主,例如各种酚类化合物、愈创木基丙酮等酮类化合物及源于木素-碳水化合物复合体的阿魏酸等化合物。

热重-气相色谱/质谱联用方法鉴别回收油

建立了热重-气相色谱/质谱联用分析检测技术,结合主成分分析化学计量学方法,实现了回收油与正常食用油的辨别。以氧气为反应气,在50℃~400℃范围内,进行了经过确认的9个不同来源的回收油样品和大豆油、花生油、菜籽油和橄榄油等4类正常食用油的热重分析,采集300℃下氧化挥发成分进行气相色谱/质谱分析,定性确认了9种挥发性成分,分别为正庚烷、辛烯、正辛烷、正己醛、壬烷、正庚醛、癸烷、辛醛和壬醛。采用主成分分析方法,分别对热重分析数据、气相色谱/质谱分析数据和两组数据共同分析,结果表明,仅采用单独一种分析技术均不能实现回收油的有效鉴别,但是结合两组数据进行主成分分析能够实现全部9种回收油与正常食用油的区分,体现出联用技术可获取多信息的优势。本方法无需样品预处理、操作简单、样品量少、速度快,在回收油筛查中具有较好的应用前景。

废旧电路板热解特性的研究

热解是回收处理废旧电路板中金属及树脂成分的重要方法。文中采用热重差热联用分析仪和裂解气相色谱质谱联用仪检测了以酚醛树脂为基板的废旧电路板热解特性;分析了不同速率下的动力学参数,及其热解产物的化学成分。实验研究结果表明:废旧电路板热解过程主要有2个快速质量损失阶段(270—350℃,350—480℃),其平均活化能分别约为67,97 kJ/mol。其裂解产物主要是苯酚、对甲苯酚、邻异丙烯基苯酚、邻甲苯酚、对异丙基苯酚、糠醛等。

烟草及其主要组分的热分析质谱研究

采用热分析质谱技术研究国产烤烟,白肋烟以及烟草的主成分纤维素,木质素,果胶的热解及热解产物。研究结果表明:烟草热解分为三个阶段,大分子物质分解引起的失重为最主要的失重阶段。果胶,木质素,纤维素的分解主要发生在200至450℃之间。烟气中羧酸类物质,醚类物质,酯类物质生成温度较低,主要来自于纤维素和果胶的分解,而苯系物和酚类物质则需要较高的热解温度,主要来自于木质素的分解。

塔里木盆地海相碳酸盐岩中有机酸盐的分析

提出热重/差热(TG/DTA)、红外光谱(IR)和气相色谱/质谱联用结合(GC/MS)分析塔里木盆地海相碳酸盐岩中有机酸盐的方法。用TG/DTA对标样(硬脂酸、硬脂酸镁、硬脂酸钙和碳酸钙)进行分析,确定有机酸气化而有机酸盐不气化的温度区间,由此设计从碳酸盐岩中分离和提取有机酸盐的实验步骤。研究结果表明:验证碳酸盐岩中确实存在有机酸盐;塔里木盆地海相碳酸盐岩中有机酸盐的含量与样品中的碳酸盐含量无相关性,而与样品的沉积相类型具有一定的相关性,即斜坡相沉积环境的沉积岩中相对富集有机酸盐。

花生壳的热重-质谱分析及其反应动力学

采用热重-质谱联用（TG-MS）研究了氮气气氛中花生壳在不同升温速率（5,10和20℃/min）下的热解行为,分析得到了花生壳热裂解过程产生的小分子气相产物（CO2,CH4,H2,CO）随温度和升温速率变化的释放规律.结果表明：花生壳热裂解过程分为四个阶段,升温速率越大,花生壳热解的失重温度区间越宽,最大热解速率峰越陡峭.应用Flynn-Wall-Ozawa法得出花生壳热裂解过程不同转化率（0.2~0.8）下的活化能在57.3~88.6 k J/mol范围内.结合Achar微分法和Coats-Redfern积分法确定了该反应过程的机理函数表达式,将30种常用机理函数一一代入得出花生壳热裂解机理的最概然函数为球形对称的三维扩散Jander方程,反应级数为2级.

热重-冷阱捕集-气相色谱/质谱法分析不同烟草基质受热过程中的逸出物

为研究温度对烟草热分解的影响,采用热重-冷阱-气相色谱/质谱(TGA-CT-GC/MS)联用技术,在氧气浓度为10%的氮/氧混合气氛下,对不同烟草原料(烤烟、白肋烟、香料烟、晒烟、再造烟叶基片)的烟丝进行热分析,利用冷阱捕集逸出物成分,然后进行GC/MS分析。结果表明:(1)在150℃左右时,表面的部分烟丝样品成分已发生热分解,300℃左右时完全炭化,香味成分得到有效释放;(2)烟碱的释放量随着温度的升高而逐步增加,在250℃及以上趋于稳定;(3)不同烟草原料的热解成分存在差异,逸出物中酸性成分与碱性成分的相对含量比值以晒烟最低,约为0.2,再造烟叶基片最高,约为2.6。

稀土Pr(Ⅲ)、Nd(Ⅲ)与2-[(取代苯胺基)羰基]苯甲酸的配合物研究

报道了配合物Ln(X-P)_3·3H_2O[其中X=H,2-Cl,4-Br,3-OH,3-NO_2,2-OCH_3,2-CH_3,2,4-二氯,P=2-(COO)C_6H_4CONHC_6H_(5-n)X_n,n=1,2;Ln=Pr(Ⅲ),Nd(Ⅲ)]的制备,并用元素分析、红外光谱、电子反射光谱、热重分析进行了表征。结果表明,配位是通过羧酸羟基氧原子和酰胺羰基氧原子进行的,含3分子配位水。通过电子反射光谱数据,对Slater-Condon参量(F_k)、Lande参量(ξ_(4f))、Nephelauxit比率(?),平均共价参数(?)、平均成键参数(?)、F_4/F_2、F_6/F_2比值进行了计算,对配合物的共价成键情况进行了讨论。

碱木质素在甲酸盐与Pd/C体系中的解聚特性

为了探讨碱木质素在甲酸盐与Pd/C体系中的水热解聚特性,选取7种甲酸盐进行实验,得到最优的工艺条件如下:甲酸镍和Pd/C用量(相对于原料,以质量分数计)10%、反应时间30 min,反应温度325℃.在该条件下,解聚产物中的液相产物得率为56.24%,4种单酚总得率为12.14%.空白样以及添加了甲酸镍与Pd/C的液相产物的高分辨质谱、有机元素分析以及热重分析结果表明,甲酸镍和Pd/C的添加有利于木质素水热反应的脱氧过程,使产物向相对分子质量更小的方向移动.

热重分析-单滴微萃取-气相色谱-质谱结合傅里叶变换红外光谱考察咖啡酸的热解行为

采用热重分析-单滴微萃取-气相色谱-质谱(TG-SDME-GC-MS)联用系统和傅里叶变换红外光谱,研究了咖啡酸的热解行为。设定热重分析仪5℃/min的升温速率及400mL/min的氮气流量,在160～360℃温度范围内,采用乙醇对热解逸出物质进行单滴微萃取,然后利用GC-MS分离分析,监测了咖啡酸5种主要热解逸出产物相对含量随温度升高的动态变化情况。使用傅里叶变换红外光谱分析了咖啡酸所对应各失重点固体剩余物的特征官能团变化情况。结果表明,咖啡酸热失重的主要原因是在240～360℃产生大量的邻苯二酚,在200～220℃热解产生4-乙基邻苯二酚。另外,咖啡酸在230℃下已完全裂解。该方法的建立为温度连续上升模式下的物质热解行为分析提供了借鉴和参考。

热重分析法在烟用香精仿香中的应用

为了研究仿配香精与目标香精的相似程度,对香精样品进行热失重分析,根据热失重曲线对仿配香精与目标香精的一致性进行评价。本文以目标香精及4个仿配香精样品为研究对象,在优化后的热失重条件下进行程序升温,获得特定条件下的热失重曲线,结合GC-MS成分分析和感官评价结果,比较了仿配香精与目标香精的相似程度。结果表明:(1)热重曲线的差异能够反映出香精内在组成的差异;(2)GC-MS谱图一致并不代表样品成分组成完全一致,热重法是对烟用香精成分一致性判定的一个重要技术补充;(3)热重法可以用于烟用香精的仿配相似程度判定。

乙烯基倍半硅氧烷的结构及其膜材料的性能

以乙烯基三甲氧基硅烷(VMS)和正硅酸四乙酯(TEOS)为原料,利用溶胶-凝胶法制备了乙烯基倍半硅氧烷VS及TEOS改性的VS(VST).以VS和VST为中间体,用浸涂法制备了杂化膜m-VS和m-VST.通过红外光谱和质谱对VS的结构进行了表征.用扫描探针电镜、扫描电镜研究了膜的形貌及其膜厚,并通过DSC、TGA、纳米压痕测试及腐蚀试验,对VS和VST杂化膜的热力学、力学及防腐性能进行了研究.结果表明:合成的VS是含多羟基的低聚物,VST杂化膜的Tg可达129 8℃,热失重温度337 5℃,耐电化学腐蚀,w(TEOS)=20%杂化膜体系的性能最佳.

钐（Ⅲ）与2－［（取代苯胺基）羰基］苯甲酸配合物的合成与表征

报道了８种２－［（取代苯胺基）羰基］苯甲酸与Ｓｉｎ（Ⅲ）配合物Ｓｉｎ（Ｐ）３·３Ｈ２Ｏ［其中Ｐ＝２－（ＣＯＯ）Ｃ６Ｈ４ＣＯＮＨＣ６Ｈ５－ｎＸｎ，Ｘ＝Ｈ，２－Ｃｌ，４－Ｂｒ，２－ＣＨ３，３－ＮＯ２，２－ＯＣＨ３，２，４－二氯，３－ＯＨ，ｎ＝１，２］的合成，并用元素分析、红外光谱、电子反射光谱、热重分析进行了表征。结果证明，配位是通过羧酸羟基氧原子和酰胺羰基氧原子进行的，含３分子配住水。通过电子反射光谱数据，对Ｎｅｐｈｅｌａｕｘｅｔ比率（β），平均共价参数及平均成键参数进行了计算，确证了这些配合物均有弱的共价成键特征。

稀土铕与2－［（取代苯胺基）羰基］苯甲酸配合物的研究

报道了配合物Ｅｕ（ＸｎＰ）３·３Ｈ２Ｏ［其中Ｘ＝Ｈ，２－Ｃｌ，３－ＯＨ，４－Ｂｒ，３－ＮＯ２，２－ＯＣＨ３，２－ＣＨ３，２，４－二氯；Ｐ＝２－（ＣＯＯ）Ｃ６Ｈ４ＣＯＮＨＣ６Ｈ５－ｎ－，ｎ＝１，２］的制备，并用元素分析，红外光谱，电子反射光谱，热重分析进行了表征。结果表明配位是通过羧酸基上氧原子和酰胺羰基氧原子进行的，含３分子水。通过电子反射光谱，对Ｎｅｐｈｅｌａｕｘｅｔｉｃ比率（Ｂ），平均共价参数（δ）和平均成键参数（ｂ１／２）进行了计算，对配合物的共价成键情况进行了讨论。

基于TGA-GC/MS结合化学计量学在食醋品牌鉴别中的应用

该文采用热重分析(thermogravimetry analysis,TGA)-气相色谱质谱联用(gas chromatography/mass spectrometry,GC/MS)技术结合化学计量学分析软件,建立了各品牌食醋的线性判别分析(linear discriminant analysis,LDA)模型。研究建立了TGA-GC/MS联机实验方法,采集5个品牌共103组食醋样本的TGA和GC/MS数据,形成了TGA-GC/MS多谱特征值组合,后经T-test处理、主成分分析(principal component analysis,PCA)及PCA特征提取,选择LDA模型进行建模分析。结果显示,该模型5个单一品牌和其他品牌之间区分正确识别率为:东湖87.63%、恒顺80.41%、宁化府96.91%、紫林80.41%、金山寺87.63%,5个品牌相互之间区分正确识别率为80.00%,聚类分堆和区分效果良好,各品牌食醋正确识别率较高,在食醋品牌鉴别中具有良好的应用前景。

在线热解-质谱联用技术在煤转化中的应用

热解产物分析,尤其是热解初级产物的原位检测与分析是认识煤热解反应机理的重要途径。综述了热重分析与质谱联用(TG-MS)、热裂解仪与气相色谱-质谱联用(Py-GC-MS)和原位热解-真空紫外单光子/电子轰击双电离与飞行时间质谱(in-situ Py-PI/EI-TOF-MS)3种在线热解-质谱联用技术在煤热解及催化热解方面的应用,并分析其优缺点。TG-MS可获得煤转化率与热解气相挥发物(尤其是轻质组分)随热解温度的逸出特性,Py-GC-MS能够实现快速升温速率下热解挥发物的定性与定量分析,而in-situ Py-PI/EI-TOF-MS具有原位分析性好、灵敏度高、弱电离和易清洗等优点,可实现对类煤模型化合物、原煤及其萃取组分、生物质、废塑料等单独热解或共热解过程初级产物的原位检测以及二次演化行为的认识,也适用于热解挥发物的催化反应研究,是一种具有前途的、从分子水平上认识煤炭等含碳有机物热转化反应机理的有效手段。

水洗预处理对白酒糟燃料性质及燃烧特性影响

水洗预处理技术对生物质燃烧利用具有重要意义。在不同含固率、洗糟水条件下对白酒糟进行水洗预处理,通过工业分析、元素分析、以及热重-质谱联用(thermogravimetric-mass spectrometry,TG-MS)分析等手段,探究了水洗预处理对酒糟燃料性质及燃烧特性的影响。研究结果表明:水洗分离预处理对白酒糟物化性质有显著影响,随着含固率增大,灰分含量降低,挥发分含量升高,而固定碳在含固率8%时出现峰值。水洗分离后酒糟碳含量得到一定程度的富集,氧含量在含固率大于8%时有所减少;氮、硫含量降低;高位热值有小幅提升。因此水洗可以有效改善酒糟燃料性质。水洗后的酒糟在燃烧过程中永久性气体(H_(2)O、CO_(2)、NH_(3)、NO)释放量均减小;在含固率为5%时,NH_(3)减排56.6%,NO减排达33.1%。此外,水洗分离酒糟可以有效缓解酒糟燃烧的污垢结渣倾向。酿酒废水与等量自来水的处理效果明显不同。本研究证明了水洗分离处置技术应用于白酒糟的可行性,同时为高效清洁处置工业废弃生物质提供一条新思路。