用TG/FTIR/MS联用技术研究草酸钙分解过程中CO和CO_2的共逸出

采用TG/FTIR/MS三联机在线检测CaC_2O_4分解过程中逸出气的红外和质谱信息,并改变试样量及气氛气体的氧浓度进行定性定量分析。发现在惰性气氛下CaC_2O_4的两个分解过程中均存在CO和CO_2共逸出现象。其中与CO共逸出的CO_2,由CO的歧化反应和氧化反应共同贡献;与CO_2共逸出的CO,则是由歧化反应产物C与逸出气CO_2发生碳气化反应而生成。系统内氧气浓度对CO歧化反应和碳气化反应有很大影响,当氧气体积浓度达到38×10-6时,已检测不到这两个反应的存在,此时质谱中O_2(质荷比32)的离子流曲线出现负峰。

利用草酸钙逸出气的碳气化反应验证TG/FTIR联用性能

热重/傅里叶变换红外光谱联用(TG/FTIR)是剖析材料组分和结构、研究材料热稳定性和热分解机理的重要检测技术,但对于其联用性能的验证,国内尚无相应的技术标准、检定规程或校准规范,各仪器公司间也没有统一的方法和明确的性能指标。本文分析了现有TG/FTIR联用仪器验证方法及存在问题,提出以CaC_(2)O_(4)·H_(2) O为标准试样,利用其在惰性气氛下分解逸出气发生碳气化反应所生成的CO峰,作为联用性能是否合格的判断标准,通过一次运行测试即可核查联用系统的检测灵敏度、气体质量流量稳定性及仪器气密性的新方法。此方法操作简便,判断直观准确,适用于各种类型的TG/FTIR联用系统,对于保障未知样测试结果的准确性、促进不同品牌不同型号的仪器间以及不同实验室间测试结果的等效性具有重要意义。

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的油页岩与棉秆共热解特性研究

油页岩与棉秆的共热解在高效转化油页岩和利用农业废弃物方面具有潜在的应用价值。本文采用热重红外联用(TG-FTIR)技术,对吉木萨尔油页岩和农业废弃物棉秆秸秆进行了共热解特性研究。主要考察棉秆加入量对吉木萨尔油页岩失重特性、失重速率及挥发分析出演变行为的影响。结果表明,棉秆的加入能够显著促进油页岩的热解,使油页岩解程度加深。油页岩和棉秆质量比为1:3时,实际失重率相较于理论值降低了1.42%。失重速率较理论值增加0.19%/min。棉秆和油页岩共热解过程存在一定的协同效应。共热解逸出产物中H_(2)O和C-H键强度相较于单独热解明显减少。

基于TG-FTIR的竹材细胞壁主要组分热解特性

【目的】探究不同热解条件下竹纤维细胞和薄壁细胞中主要组分的热解规律,分析热解过程对固体残余量和挥发分组成的影响,为竹材热解转化为高品质气体燃料和炭材料提供理论参考和借鉴,为开发清洁高效的梯度炭化及物理活化工艺提供技术支撑。【方法】选取3年生毛竹,利用热重—红外联用分析仪(TG-FTIR)对竹粉、水选分离出的竹纤维和薄壁细胞以及化学法分离获得的细胞壁纤维素、半纤维素和木质素在10、20和30℃·min^(-1)升温速率条件下进行热解特性与气体相对含量的半定量分析。【结果】10℃·min^(-1)、N_(2)气氛条件下,竹粉、竹纤维细胞和薄壁细胞的主热解阶段发生在180~400℃之间,三者固体残余量分别为19.8%、21.3%和17.5%。竹纤维素、半纤维素和木质素的主热解阶段分别发生在250~400℃、190~365℃和100~500℃之间,纤维细胞和薄壁细胞中纤维素的固体残余量分别为9.9%和6.3%,半纤维素的固体残余量分别为20.2%和18.3%,木质素的固体残余量分别为30.4%和25.8%。热重—红外光谱分析表明,热解产生的气体主要由CO_(2)、CO和CH_(4)等组成。纤维素热解产物中含C=O和C—O—C等官能团化合物的相对含量最高为65.8%,半纤维素中CO_(2)的相对含量最高为42.7%,木质素气体产物中合成气(CH_(4)、CO)含量最高为27.6%。提高升温速率,纤维素热解产物中含C=O和C—O—C等官能团化合物和木质素中合成气的相对含量减少约5%,半纤维素中CO_(2)含量增加近10%。【结论】1)竹粉、不同类型细胞及其三组分的热解特性各异,其中薄壁细胞-纤维素的固体残余量最低,纤维细胞-木质素的固体残余量最高;2)竹粉、竹纤维和薄壁细胞及其3种主要组分的热解气体组成类型基本相同,但相对含量存在明显差异,纤维素主要热解气体产物为含C=O、C—O—C等官能团化合物,半纤维素主要热解产物为CO_(2)和含C=O官能团化合物,木质素主要热解产物为CO_(2)和含C—O—C官能团化合物;3)随升温速率增加,竹粉、不同类型细胞及其3种主要组分的TG/DTG曲线整体向高温一侧移动,热解气体产物的红外吸收峰强度增加,CO和含C=O官能团化合物的相对含量有所降低。

TG-FTIR-MS联用技术对沼渣热解特性的分析

为探究多种类沼渣废弃物的热解特性差异及在热解过程中逸出气相产物的主要成分和产量,该研究采用秸秆沼渣(SBR)、鸡粪沼渣(CMBR)、蛋白质类沼渣(PTBR)、脂肪类沼渣(FTBR)和淀粉类沼渣(STBR)为原料,利用TGFTIR-MS对其热解进行分析。结果表明:5种沼渣废弃物失重过程相差较大,但主要热解阶段相同,可分为3个阶段,即吸附水蒸发阶段、挥发分析出阶段及炭化阶段。SBR、CMBR主要热解失重发生在170~450℃之间,PTBR、FTBR、STBR主要热解失重发生在130~450℃之间,失重率大小依次为STBR、FTBR、SBR、PTBR和CMBR;根据热解特性指数D值分析,PTBR、FTBR、STBR及SBR热稳定性较低,易于热解,CMBR热稳定性较高。沼渣挥发分成分较为复杂,受热过程中逸出的气体主要成分是CO_(2)、H_(2)O、CH_(4)和CO等,其中CMBR热解CH_(4)的释放量较低,而PTBR、FTBR、STBR热解CH_(4)释放量较高,该结果可为沼渣处理提供参考。

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 .

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。

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。