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。

制革污泥热解特性的研究--基于分布活化能模型和TG-FTIR-MS联用

制革污泥中含有大量无机物、有机物和多种重金属化合物,对这类危险废物的安全处理和资源化是制革业可持续发展的关键之一。本文利用热重分析法研究了制革污泥在不同升温速率下的热解过程,采用分布活化能模型(DAEM)探讨了其热解活化能与转化率的关系。利用热重-傅里叶变换红外光谱-质谱(TG-FTIR-MS)联用技术分析了制革污泥热解逸出气体的成分,讨论了制革污泥的热解特性。结果表明,制革污泥的热失重过程可分为三个阶段,主要失重过程发生在200~600℃。制革污泥的热解活化能呈阶段性分布,主要集中在较低活化能区域。TG-FTIR-MS分析表明,制革污泥受热过程中逸出的主要气体是CO_(2)、H_(2)O、CH_(4)和CO等,是蛋白类大分子和碳酸钙等无机物热解的产物。

基于TG-FTIR-MS技术的酶解木质素热解行为分析

为了给磷酸法制备木质素基活性炭活化条件分析提供理论基础,实验对酶解木质素(EL)、磷酸浸渍酶解木质素(EL-P)进行恒速升温热重分析,以及模拟制备活性炭过程中的实验条件的变速升温热重分析。恒速升温热重分析发现EL热解过程主要发生在300~360℃,EL-P热解温度提前,证明磷酸在低温下即与EL发生反应。变速升温增加了木质素热解反应时间,主要失重峰从EL恒速升温过程的一个分裂为两个峰,木质素热解更加充分,EL-P热解产物残留量从恒速升温的57.42%降低到39.93%。变速热解与恒速热解相比,增加了恒温过程,最终热解产物残留量下降,更多物质以气体形式被释放,说明热解反应更充分,从而验证了在活性炭制备过程中浸渍及活化阶段恒温一段时间的必要性。通过释放成分的化学分析可知,木质素热解产物主要包括CO、CO_(2)、CH_(4)、甲醇、丙醛及芳香族化合物等,磷酸浸渍后,木质素热解释放产物含量减少,但成分大致相同。

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-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。

典型放射性固体废弃物燃烧过程的TG-FTIR-MS分析

在“双碳”目标下,核能在发电领域面临着更多的发展机遇,但放射性固体废弃物的处置问题已成为核工业发展过程中一大阻碍。针对目前放射性固体废弃物的处置现状,采用热重-红外-质谱联用技术分析了典型放射性固体废弃物在燃烧过程中质量损失特性和气相产物的释放特性。结果表明:PE的燃烧过程只有1个阶段,且燃烧气相产物中除CO_(2)外还存在CO、烃类化合物、酮类或醛类等物质;与PE不同,阻燃剂的燃烧过程存在3个失重阶段:第1、2阶段燃烧释放的气体产物主要有H_(2)O、CO_(2)、HCl和烃类化合物等,第3阶段产生大量CO_(2),同时伴有HCl逸出;橡胶燃烧在3个阶段产生的气相产物有所区别,第1阶段的产物H_(2)O占大部分,CO_(2)仅占小部分,并释放烃类化合物、二甲基酮(或丙醛)、甲苯等物质;第2阶段的气体产物中CO_(2)含量大幅度提高;第3阶段的气相产物主要为CO_(2)。

橡胶防老剂BLE-W的入厂检测方法研究

采用气相色谱-质谱联用、傅里叶变换红外光谱和热重(TG)分析方法,建立橡胶防老剂BLE-W的定性定量方法。试验结果证明:所建立的定性方法准确;9,9-二甲基吖啶(BLE)的TG定量结果与抽提法结果的相对标准偏差小于1%,BLE、碳酸钙和白炭黑含量测试的相对标准偏差(重复6次)分别为0.32%,3.8%和0.38%,均小于4%,精度高,结果满意,可以有效地对入厂的防老剂BLE-W进行质量控制。

不同升温速率下褐煤热解特征及产氢过程

煤制氢是现阶段中国H_(2)的主要来源,开展不同温度条件下的褐煤热解反应和产氢机理研究,对提高H_(2)产率、优化工艺流程以及褐煤的高效清洁利用至关重要。为此,基于实验测试—分子模拟—理论分析的研究思路,通过热分析红外气质联用仪(TG—FTIR—MS)实验测试和分子动力学模拟(ReaxFF MD)对云南省先锋煤矿的褐煤热解过程进行了研究,分析了不同升温速率下(10℃/min、20℃/min和30℃/min)的主要热解产物,尤其是H_(2)的生成特征,标定了氢原子的热解路线,从多角度探究了褐煤热解生成H_(2)的分子作用机理。研究结果表明:①不同升温速率下褐煤热解的最终失重率接近,升温速率越高反应越易进行;②20℃/min条件下褐煤热解气体产物最多,主要成分为CO_(2)、H_(2)等小分子气体,气体析出总量随升温速率的增大呈先增加后降低的趋势;③H_(2)的生成过程主要为脂肪链上的氢原子发生脱落,生成氢自由基,氢自由基之间再进行结合而生成H_(2)。结论认为,褐煤热解H_(2)析出过程分为3个阶段:第一阶段为约350~700℃,H_(2)缓慢生成,主要由脂肪链甲基C—H和羟基中的O—H键断裂后组合形成;第二阶段为700~900℃,H_(2)快速生成,主要与羧基官能团、脂肪烃结构以及吡咯结构中氢键断裂的反应有关;第三阶段为900℃以上,H_(2)大量生成,主要表现为芳香结构的氢自由基增多。

甘肃油页岩红外光谱分析及热解特性

基于热重分析仪（TG）、傅里叶变换红外光谱分析仪（FTIR）和质谱分析仪（MS）三机联用对甘肃油页岩进行光谱和热解实验。通过分析光谱谱图,得到了样品中的化学成分和化学结构的相关信息。结果表明,其化学结构的特征在于相对较高量的脂肪族基团。在TG/FTIR/MS三联机上研究了甘肃油页岩的热解特性,实验结果表明：整个热解过程主要有两个阶段,即低温段和高温段。大部分的热解行为发生在低温段（400～600℃）,此阶段里油页岩的失重量占总失重量的70%,可挥发物质迅速热解,热解产生的气体有H2、H2O、CO2、CH4、CO、轻质烃等。而在高温段（600～850℃）的热解气体产率很小,失重量只占总重量的2.167%。这个阶段主要是含碳酸盐的矿物质分解而产生一定量的气体。本文主要研究两个热解阶段产生的气体。对产生气体的种类、时间和产生机理进行了研究,并得出热解的化学反应动力学参数。

GDY/HMX复合含能材料的热分解动力学和机理

为探讨石墨二炔(GDY)对环四亚甲基四硝胺(HMX)热分解特性的影响,制备了GDY/HMX(质量比1∶4)含能复合物,运用差示扫描量热法(DSC)和热重-红外-质谱联用技术(TG/DTG-FTIR-MS)对比研究了HMX和GDY/HMX的热分解过程;采用Kissinger法、FWO法、KAS法、Starink法、Kissinger-迭代法及Ozawa-迭代法计算HMX和GDY/HMX的表观活化能,并引入修正后的esták-Berggren经验方程对其热分解反应动力学模型进行重建。结果表明,GDY使HMX的表观活化能降低73.6kJ/mol。GDY/HMX复合物的热分解过程遵循n级动力学方程f(α)=3.04α^(0.39)(1-α)^(1.17);在GDY催化作用下,HMX热分解以C—N键断裂为主,首先释放出C_(2)HO和N_(2)O,还检测到NO、NO_(2)、HCN、CO、N_(2)、HCNO、CO_(2)和H_(2)O气体。

电子电器产品中聚氯乙烯(PVC)材料成分的定性定量分析方法

根据PVC材料的特性和生产工艺,PVC材料一般由PVC树脂、增塑剂、稳定剂、抗氧剂和填料等成分组成。这些组分会影响材料的各项使用性能,对于生产企业的原材料开发和回收利用有着重要的参考意义。本文通过使用红外光谱仪、热重分析仪、气质联用仪,采用一定的化学前处理和分析方法,对已知配料的PVC材料进行分析,通过测试结果和已知成分的比较,制定PVC材料成分的定性定量分析方法。

新型耐热含能钙钛矿化合物(C_(6)H_(14)N_(2))[Na(ClO_(4))_(3)]的热分解行为

(C_(6)H_(14)N_(2))[Na(ClO_(4))_(3)]是新型含能钙钛矿化合物的典型代表,需明确其热分解行为、热分解机制及感度特性,以推动其在配方中的应用。以差示扫描量热-热重分析方法实现了分解放热量、分解温度等参数的获取;以动力学模拟计算解析了相关分解机理;以同步热分析-红外-质谱联用技术结合原位红外技术探索了(C_(6)H_(14)N_(2))[Na(ClO_(4))_(3)]的分解产物及分解历程;以国军标法获得了热感度、摩擦感度与撞击感度参数。结果表明:在10℃·min^(-1)的升温速率下,(C_(6)H_(14)N_(2))[Na(ClO_(4))_(3)]分解放热量为4227 J·g^(-1),分解温度则达到345℃,高于黑索今(RDX)、奥克托今(HMX)、六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)等多数现役含能材料,显示了优异的热稳定性;分解产物研究表明其立方笼状骨架有效稳定了内部结合的有机物分子,使其热稳定性较高。此外,(C_(6)H_(14)N_(2))[Na(ClO_(4))_(3)]在100℃下加热48 h的放气量约0.04 m L·g^(-1),撞击感度与机械感度分别为32%和80%,优于RDX和HMX。

基于热重-红外-质谱联用技术定量分析燃煤气体产物

为了准确定量表征燃煤过程中的多组分混合气体产物,以在氮气气氛中神华混煤热解过程为例,采用热重-红外-质谱联用技术,结合脉冲热分析法,研究煤热解多组分气体产物的逸出特性,重点讨论载气流量、炉温、红外光谱检测分辨率及扫描次数等参数对气体定量测量的影响,分别建立红外光谱以及质谱定量标定工作曲线,确定CO2和CH4的平均析出量.结果表明,神华混煤热解主要生成CO2,CH4,H2,CO,H2O以及含C-H、C-O、C=O等官能团的气体;红外光谱标定信号主要受载气流量和分辨率的影响;红外光谱和质谱定量结果存在差异;神华混煤热解过程中每毫克煤样析出CO2和CH4的平均量分别为65.9和24.1μg.

TGA和Py-GC/MS研究不同氛围下烟草的热失重和热裂解行为

应用热重红外联用技术(TG-FTIR)和热裂解气相色谱-质谱联用技术(Py-GC/MS)对卷烟烟丝的热失重和热裂解行为及其裂解产物进行研究。采用热重分析法测定不同气氛下卷烟样品的热失重(TG)、微商热重(DTG)曲线,以及热裂解过程中H2O、CO2、CO、NH3和CH4等气体物质的释放量。结果表明,裂解气氛不同可以显著地影响样品的热裂解过程,在氮气和空气的氛围下,样品的热分解均主要发生在200-500℃7,00℃以后热失重很缓慢。在氮气氛围下固体残留物的量约为25%,而在空气氛围下约7-9%。通过热裂解气-质联用技术,在600、7008、00、900和1000℃温度下将样品进行热裂解,然后对裂解产物进行了定性和半定量分析,针对烟气中的一些裂解特征物质,探讨裂解温度以及裂解气氛对裂解行为的影响。

热分析联用技术在含能材料热分析研究中的应用进展

热分析联用分析技术包括同步联用技术、串级联用技术和间断联用技术,常见的有热重⁃差示扫描量热联用(TG⁃DSC)、热重⁃红外/质谱联用(TG⁃FTIR/MS)、固相原位热红外检测技术(Thermolysis/RSFTIR)和热重⁃红外⁃质谱联用(TG⁃FTIR⁃MS)等,是研究含能材料热行为和分解机理的有效方法,对研究其燃烧和爆炸性能有重要意义。相较于单一的热分析技术,联用技术可以更加充分、高效和全面地评价含能材料热行为和热安定特性、揭示热分解机制。通过热分析联用技术全面深入研究含能材料的物化特性,对改善和提高其应用性能具有重要的现实意义和价值。本文全面综述了TG⁃DSC、TG⁃MS、TG⁃FTIR⁃MS、TG⁃FTIR⁃GC⁃MS和Thermolysis/RSFTIR热分析联用技术在含能材料研究中的应用进展,分析了其研究的相关内容、重要结果、特点及优势,并进行了相关展望,可开发高性能的计算分析软件,解决如质谱分析中重叠质谱峰的解析等问题,在热分析仪中引入新的扩展系统,拓展其应用范围,为新型含能材料的热分析研究提供技术上的支持。

草本类木素的化学结构与热化学性质

以草本类植物中的稻草和毛竹为原料,采用酶解/温和酸解法来分离草本类木素,制得酶解/温和酸解木素(EMAL).运用元素分析、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和核磁共振定量磷谱(31P-NMR)等手段对两种EMAL的化学结构和性能进行表征,同时利用热重-傅里叶红外光谱联用(TG-FTIR)和热解-气相色谱/质谱联用(Py-GC/MS)技术研究EMAL的热裂解特性.发现:稻草的聚戊糖和抽出物含量较高,而毛竹的纤维素和木素含量较高;稻草EMAL含有丰富的愈创木基(G型)结构单元,毛竹EMAL主要以紫丁香基(S型)结构单元为主;毛竹EMAL在384℃出现一个明显的失重峰,而稻草EMAL热解时分别在270和384℃出现明显失重峰;两种木素化学结构的差异会影响EMAL的热解性质和热解产物.

RDX-CMDB推进剂的催化热分解Ⅱ. 分解气体产物和催化作用机理

用热重-差示扫描量热-傅立叶转换红外-质谱(TG-DSC-FTIR-MS)联用技术研究了RDX-CMDB推进剂在所选用燃速催化剂(没食子高铅、对氨基苯甲酸铜和炭黑)作用下的热分解。对添加催化剂(纳米和普通)和不添加催化剂的RDX-CMDB推进剂热分解主要气体产物变化进行了分析,讨论了燃速催化剂对热分解特征量的影响,初步探索了催化剂的作用机理。结果表明,所研究的燃速催化剂能改变推进剂中RDX的初期热分解机理,使放热的C—N键断裂在与吸热的N—NO2键断裂的竞争反应中占优,放热量增大;也使双基组分放出有负生成热的CH2O的相对量增加;纳米铝盐-铜盐-炭黑三元复配催化效果最好。

淮南烟煤热解及焦油析出特性

采用热重-傅里叶变换红外光谱（TG-FTIR）联用和固定床反应器研究了惰性气氛下不同粒径、升温速率和热解温度条件下淮南烟煤热解特性。热解析出焦油采用柱层析分离成脂肪烃、芳烃、非烃和沥青质，结合气相色谱-质谱（GC-MS）联用分析。结果表明，粒径的增加导致煤热解失重量减少；升温速率的提高使峰值温度和燃尽温度均有所增加；随热解温度升高，半焦产率减小，气体产率增加，焦油产率先增大后减小，温度的升高导致焦油的二次反应，焦油族组成发生变化，脂肪烃和非烃减少，芳烃增加；焦油主要组分包含 C16～C30直链烷烃，二环、三环、四环芳烃及其衍生物，以及各种酚类、酯类、喹啉等物质。

HNS的热行为研究

用热失重-微商热重(TG-DTG)、热失重质谱联用(TG-MS)和原位热裂解与快速扫描傅立叶变换红外(RSC-FTIR)技术研究了2,2,′4,4,′6,6′-六硝基均二苯基乙烯(HNS)的热分解全过程,获得HNS的热分解反应动力学参数,提出了可能的分解机理。结果表明:HNS的热分解为两步:第一步通过α-CH对位的硝基(—NO2)异构化为亚硝基(—ONO)和“五元环化合物”中间体的分解,生成多聚碳氢化合物的“炸药焦”。第二步为“炸药焦”分解释放出CO2等气体。

油菜秸秆燃烧特性及其主要气体产物表征分析

以油菜秸秆为研究对象,基于同步热分析、红外和质谱(TG/DSC-FTIR-MS)联用技术,系统研究了恒定升温速率下不同气流速率和样品粒径油菜秸秆的动态燃烧特性,并对其主要气体产物进行了定性和定量表征分析。研究结果表明:油菜秸秆在设定的不同因素水平条件下燃烧特性无显著差异,在燃烧阶段均析出较大量气体,主要包括大量的CO2以及少量NOx、SO2、HCl等气体,产生量依次递减,且气体随时间释放特性与热失重速率特性具有一致的对应关系。基于TG/DSC-FTIR-MS联用技术定量模拟研究油菜秸秆动态燃烧特性和气体排放特性,可为油菜秸秆环境友好型高效能源化利用提供方法学和基础数据支撑。