Solution of Coal Char-steam Pressurized Kinetic Parameters Based on Atmospheric Thermo Gravimetric Analyzer

根据文献中气化速率对总压不敏感、对反应气体分压敏感的实验结论，探索利用常压热重实验得到加压动力学参数的便捷方法。采用NETZSCH STA449F3同步热分析仪进行4种煤焦与水蒸气反应的常压热重实验（水蒸气分压pH2O为0.016~0.053 MPa），通过实验数据处理，获得反应速率与温度、水蒸气分压的关系式，分别以 n 级速率方程和Langmuir-Hinshelwood （LH）速率方程表示，并对上述关系式在水蒸气分压为0.057~0.063 MPa 的工况下进行了实验验证。随着水蒸气分压增大，计算结果与实验数据的相对误差逐渐减小。LH速率方程比n级速率方程更适合描述水蒸气分压的作用。水蒸气分压对反应速率的影响程度随水蒸气分压升高而减小。温度对煤焦-水蒸气反应速率的影响程度大于水蒸气分压对反应速率的影响。温度范围较窄时，煤种本身引起的煤焦反应活性变化幅度会超过温度对煤焦反应活性的影响。在不同的温度和水蒸气分压下，煤种的化学反应活性强弱次序会发生变化，某一特定工况下的次序不能未加实验而随意扩展到其他工况。

生物酶预处理对桐木脱色的影响

【目的】探讨二代生物复合酶对桐木的漂白效果和影响规律,为桐木脱色和生物学改良及桐木制浆的发展提供理论基础和科学依据。【方法】以兰考泡桐为试验材料,采用纤维素二代生物复合酶CTEC2进行预处理,控制预处理时间(60、75、90和105 min)、温度(30、50和70℃)和pH(3、5和7)等因素,分析预处理前后样品色差、化学组分等变化;利用TGA/DSC3型热重同步分析仪探究泡桐木材热降解性能;使用电镜扫描(SEM)观察预处理前后样品纤维微观形态变化;通过X射线衍射测定预处理泡桐木材结晶度,分析不同预处理条件对样品结晶的影响。【结果】1)颜色测定表明,在温度50℃、pH为7的条件下,CTEC2预处理105 min泡桐木材漂白脱色效果最好,亮度和白度均有所提高,且随着预处理时间延长,漂白效果更好;2)组分测定表明,在温度50℃、pH为7的条件下,CTEC2预处理泡桐木材效果最好,纤维素相对含量增加10.76%、半纤维素含量减少11.13%、酸溶木质素含量减少3.05%、酸不溶木质素含量减少4.22%、抽提物含量减少1.15%;3)从TGA曲线可知,经预处理的泡桐木材最大质量损失速率对应的温度有所增加,热稳定性有所上升;从SEM图像可知,预处理可有效破坏木质纤维素结构;从XRD可知,经预处理的泡桐木材纤维素结晶度有所提高。【结论】纤维素二代生物复合酶CTEC2可使泡桐木材主要化学组分发生变化,降低木质素、半纤维素和抽提物等含量,从而达到漂白脱色效果。泡桐木材漂白预处理的最佳条件为温度50℃、pH 7、预处理时间105 min。

生物质与煤共热解特性研究

选取4种典型生物质样品(麦秆、稻秆、木质素、造纸废液颗粒),将生物质样品与煤分别以1∶9、3∶7、5∶5的重量比例掺混。采用热重分析法,在相同升温速率下,对各掺混样品进行热解实验,探讨了生物质与煤热解特性的差异以及它们共热解时生物质对煤热解过程的影响。研究表明,生物质与煤的热解特性差异很大:生物质热解温度低,热解速度快,而煤相对热解速度慢,热解温度高;在生物质与煤混合热解时,总体热解特性分阶段呈现生物质和煤的热解特征;将各生物质样品与煤混合热解的实际微分曲线与按比例折算后曲线进行比较,得出实际微分曲线与折算曲线基本吻合,即生物质对煤的热解无明显影响。

生物质的热解过程及其动力学规律

采用热重分析法(TGA)对几种常见天然生物质(稻秆、麦秆、玉米秆)和其衍生物木质素、造纸废液颗粒等的热解过程及其动力学规律进行了研究.实验中加热速率分别为10,20,30℃/m in,终温为850℃.热解在氮气气氛下进行,并用高纯氮气作为保护气体.实验结果表明:天然生物质的非等温热解只有1个剧烈失重阶段,而木质素和造纸废液颗粒存在2个剧烈失重阶段.生物质比煤的热解起始温度低,热解速度快.随升温速率的提高,生物质的最大热解速度提高,对应的峰值温度升高,最终失重率呈下降趋势.生物质的热解机理满足三维扩散Jander方程,且随着升温速率的提高,其活化能增大.

4种农林生物质的热解特性及动力学研究

为优化生物质热解工艺,研究了4种农林生物质的热解特性及其动力学参数的分布规律。利用热重分析仪对4种生物质的热解失重行为进行了试验研究,采用热解特性指数P对生物质的热解特性进行了综合评价,使用Coats-Redfern方法对生物质的热解过程进行了动力学分析。研究结果表明:生物质的热解反应可分为干燥预热、快速失重和缓慢失重3个阶段;各生物质在主热解区低温段所需热解活化能要高于高温段;活化能和频率因子均随升温速率增大而增大;采用n=2级动力学模型能较好地表述整个主热解区的反应过程;采用15K/min的升温速率和500℃的热解终温可提高热解反应速率,降低能耗。

基于尺寸分布的生物柴油排气微粒组分研究

使用电子低压撞击仪(ELPI)分级粒径采集了柴油机的排气微粒,应用热重分析(TGA)方法研究了发动机燃用柴油和两种生物柴油时,排气微粒中挥发性物质(VOF)的含量。研究结果表明:燃用生物柴油,排气微粒VOF含量高于纯柴油,排气中小粒径微粒的VOF质量百分比均高于柴油,与总微粒的排放规律相同;超细微粒(d<0.100μm)具有较高的VOF质量百分比。柴油机燃用生物柴油后,总微粒中VOF质量百分比从44.917%上升到70.767%,在0.100μm<d≤0.255μm粒径段,VOF增幅较大,表明生物柴油微粒在此粒径段具有较强的吸附能力。

煤焦与生物质焦CO_2共气化特性及分布活化能研究

对煤焦、秸秆焦、木屑焦3种焦样及其掺混焦样进行了CO2气氛的共气化热重试验,研究了各焦样在不同催化剂添加条件下的气化特性,并对各种样品在反应过程中的分布活化能进行了计算与分析。研究结果表明:煤焦、秸秆焦、木屑焦3种焦样中煤焦的反应性显然较差;对于煤焦和秸秆焦,Na盐的催化效果优于Ca盐;对于木屑焦,Ca盐的催化效果更显著。Na盐与Ca盐的添加均可使秸秆焦气化反应速率显著增加,但反应所需温度的下降却不显著。在木屑焦中添加Na盐与Ca盐后,气化反应所需温度的下降比秸秆焦显著。对于煤焦,添加催化剂首先使气化所需温度显著下降,反应速率并不显著增加;但进一步增加催化剂,则主要使反应速率提高,反应所需温度不再显著下降。在反应过程中,各样品的分布活化能均表现出先升后降的趋势。样品中灰分的存在有助于焦样在热天平内气化反应的充分进行。

富氢气氛对煤热解特性的影响

利用热天平对陕西延长烟煤进行Ar,CH4,H2及3种混合气(φ(CH4)∶φ(H2)分别为1∶1,2∶1,1∶2)气氛下的热解实验。结果表明:随着升温速率的增加,CH4气氛下延长煤失重增加,而H2气氛下失重减小;与惰性气氛相比,在H2和CH4气氛中,气氛气体会促进煤热解失重;在高温时,H2和CH4混合气氛中过多的H2不利于煤热解时挥发分的析出,但H2对CH4的炭化有抑制作用;通过EDS,SEM和化学法分析,富氢气氛比惰性气氛更利于S的脱除,形成的煤焦孔结构更显著;混合气氛中煤焦表面颗粒物相对于CH4气氛减少。

废电路板热解特性及其动力学分析

分别应用热天平和管式炉反应器对废电路板的热解行为进行实验研究。通过热重分析法,考察了在氮气气氛下,不同升温速率（10 K/min、15 K/min、20 K/min、40 K/min）对废电路板热解特性的影响。结果表明,升温速率对废电路板热解失重曲线有较大影响,反应起始温度,失重率最大时的温度和反应结束温度均随升温速率的提高而相应增加。热解动力学研究表明,废电路板热解反应符合一级反应动力学,反应活化能和指前因子均随升温速率的增大而呈上升趋势,活化能在110-180 kJ/mol,指前因子在2.0×10^7-1.2×10^13min^-1。此外,在管式炉反应器上,考察在同一升温速率（20 K/min）下不同热解终温（400℃、500℃、600℃7、00℃、800℃）对废电路板热解产物产率和气体成分分布的影响。结果表明,当温度在600℃以上时,固体残渣的产率变化不大,升高温度只是改变油气比;电路板热解气的主要成分是H2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C3H6和C3H8,气体热值在11.24-15.21 MJ/m^3,焦油热值在24.5-27.5 MJ/kg范围内。热解后所得固体残渣是易碎的,其中玻璃纤维部分呈层状分开,很容易对残渣中的金属和玻璃纤维部分进行分离。

MoO_3,MoSi_2和Fe_2O_3对膨胀型防火涂料炭质层性能的影响

在聚磷酸铵(APP)季戊四醇(PER)三聚氰胺(MEL)膨胀防火涂料配方中分别添加9%(质量分数)的MoO3,MoSi2和Fe2O3,获得3种新涂料.对上述涂料与原涂料进行热重分析(TGA)比较后发现,MoO3,MoSi2和Fe2O3均能显著提高炭质层的残炭率.对各涂料在不同温度下的残炭率进行红外光谱测试,发现它们可促进热稳定性好的芳香结构基团的生成,从而提高涂料炭质层残炭率.

Sm2Fe17化合物的吸氮反应研究

通过X-射线衍射、差热-热重(DTA-TG)联用仪以及磁测量等手段,研究了Sm2Fe17化合物吸氮后的相结构及居里温度的变化行为.X-射线衍射表明,吸氮后Sm2Fe17化合物的衍射峰向小角度方向偏移,并且出现了-αFe的衍射峰,这说明吸氮后化合物的晶胞有所膨胀,并且化合物有一定的分解,产生了-αFe.差热-热重分析表明,在温度为700 K左右时Sm2Fe17化合物的吸氮反应最剧烈,吸氮以后化合物的居里温度TC有显著的提高;而且随着温度的继续升高,在吸氮反应的同时,Sm2Fe17Nx化合物不稳定,部分分解为SmN化合物和-αFe.实验结果分析表明,该化合物在1 473 K以下时,只存在Th2Zn17型结构,不存在Th2Ni17型结构.

阻燃硅橡胶电缆材料热解动力学研究

采用Kissinger法、Friedman法和Flynn-Walland Ozawa法,研究以氢氧化镁/红磷/有机蒙脱土阻燃的甲基乙烯基硅橡胶电缆材料的热氧化降解反应动力学,得到热解活化能。结果表明:氢氧化镁/红磷/有机蒙脱土阻燃体系提高了硅橡胶的热氧化降解反应的活化能,且热解活化能受转化率的影响较大。根据热解动力学的结果,分析知样品材料的火灾危险性较小。

大试样热重分析仪及其在耐火材料研究中的应用

介绍了大试样高温热重分析仪的结构和特点以及在抗氧化性和氮化反应研究中的实际应用。该仪器由电加热、气氛控制、质量测量和自动控制四大系统组成。该仪器允许的最大试样尺寸为100mm×100mm×180mm,最大试样质量为5000g,最高试验温度达1600℃。该仪器既可以记录试样在匀速升温过程中的“质量-温度”曲线(升温法),又可以记录试样在恒定温度下的“质量-时间”曲线(恒温法)。采用升温法和恒温法分别研究了铝碳滑板试样和β-SiAlON结合刚玉试样的抗氧化性,并采用升温法研究了高铝矾土试样的氮化反应,结果均令人满意。

环氧磷酸的合成及对环氧树脂固化物的阻燃耐热性研究

将环氧树脂和磷酸直接反应,制得了含磷11%、与环氧树脂相容性较好的新型含磷阻燃剂(EPH),用氧指数测定、热重法等方法研究了其对环氧树脂二乙烯三胺固化物阻燃耐热性的影响。实验结果表明该阻燃剂对环氧树脂固化物有较好的阻燃作用,能明显提高树脂固化物的残炭量,主要发挥凝聚相阻燃作用。

香樟木质部甲醇提取物浸渍马尾松边材褐腐后热解特性及其动力学研究

为探讨香樟木质部提取物的防腐机制,以及材料在加热过程中的物理和化学变化行为,通过对香樟木质部甲醇提取物浸渍处理马尾松边材后的褐腐试验制得的试样(处理样)以及马尾松素样(对照样)的热解特性及其动力学参数的差异研究,从而对开发香樟木材提取物用于木材防腐剂以及防腐工业的清洁生产奠定理论和技术基础。试验对马尾松素样以及香樟木质部甲醇提取物(浓度为10%(m/K))浸渍马尾松边材褐腐后试样在5,15,30℃/min升温速率条件下的热重(TG)以及微分热重(DTG)曲线的比较,建立了热解模型以及采用Coats-Redfern法确定热解反应动力学参数。结果发现:处理样以及对照样的热解可分为干燥阶段A(温度<150℃),预热阶段B(温度在150～280℃),热解阶段C(温度为280～390℃),煅烧阶段D(温度>390℃)4个阶段;各试样在热解温度为620℃时的失重量从小到大依次为:升温速率30℃/min处理样、15℃/min处理样、5℃/min处理样、30℃/min素样、15℃/min素样和5℃/min素样;升温速率为15℃/min时,对照样的热解在低温区(260～395℃)和高温区(395～620℃)分别满足一级和二级反应动力学方程,各试样低温区和高温区温度范围略有不同;各试样活化能E在一级热解反应阶段从小到大的顺序依次为:处理样5℃/min、处理样30℃/min、处理样15℃/min、素样15℃/min、素样5℃/min和素样30℃/min。活化能E在二级热解反应阶段由小到大依次为:处理样30℃/min、处理样15℃/min、处理样5℃/min、素样15℃/min、素样30℃/min和素样5℃/min。各试样的热解特性及其动力学参数与升温速率以及各试样中的纤维素含量比例有关。升温速率越大则试样的失重量越小;马尾松素样比处理样中纤维素和半纤维素所占的比例更大,经热重试验后其质量损失也就越大,因此其失重量表现为素样大于处理样;素样在一级和二级反应阶段的活化能比处理样在相同反应阶段更大。

沥青质差热分析

在惰性气氛中，利用差热分析仪研究了不同添加剂改质煤沥青筑路油中沥青质的热失重情况。试验表明，沥青质失重与温度的关系符合一级反应动力学。由活化能可推测出沥青质是由不同分子量组成的复杂混合物。

花生壳与煤共燃的燃烧特性研究

用热重分析法,对花生壳与煤以相同比例掺混后在不同升温速率下进行了共燃试验。研究表明,生物质的加入改善了煤的燃烧性能,且随升温速率的升高,着火温度呈下降趋势;各试样的挥发分最大释放速率、固定炭最大燃烧速率、燃尽温度均呈增加趋势,它们的燃烧特性均随升温速率的升高而变好。

电子束辐照诱导丙烯酸接枝尼龙66织物的改性研究

利用电子束引发丙烯酸单体接枝尼龙66织物,研究不同接枝条件对接枝反应的影响。利用红外光谱仪(FTIR)、热重分析仪(TGA)、扫描电镜(SEM)以及YG065型织物强力仪研究了接枝前后织物的化学结构、热性能、表面形貌及力学性能变化,并通过垂直燃烧评价接枝织物的抗熔滴性能。结果表明:红外谱图1720.2cm-1等处出现单体中羧基的特征吸收峰,说明丙烯酸成功接枝到尼龙66上。接枝后,尼龙66织物的抗熔滴性得到显著改善,主要因为交联状炭层骨架对纤维熔体的支撑作用,但力学性能有一定程度降低。随着接枝率的增加,尼龙66的初始分解温度逐渐降低,成炭性能明显提升,织物损毁长度变短,熔滴速率更低,而断裂强力有轻微提升。

纳米MgO填充浓度和表面处理对纳米MgO/PP理化特性的影响

以聚丙烯(PP)为基料,将经过表面处理和未经过表面处理的不同质量分数纳米氧化镁(MgO)加入到PP中制得纳米MgO/PP复合材料,观察纳米粒子的分散特性,并对复合材料进行动态热机械分析(DMA)和热重分析(TGA),观察纳米复合材料的动态机械特性和耐热性。结果表明:纳米MgO在PP中分散均匀,但加入3%未经表面处理的纳米MgO时,纳米复合材料中有轻微团聚现象。纳米MgO/PP复合材料的玻璃化转变温度约为2℃,纳米MgO的加入会提升粘流态转变温度,增大力学损耗因子,经过表面处理的MgO能整体上增加储能模量。低质量分数纳米MgO的加入不能提高PP的耐热性,当纳米MgO质量分数达到3%时,未经过表面处理和经过表面处理的纳米MgO/PP复合材料的初始热分解温度相比于PP分别提高了76℃和148℃。

高炉喷吹煤粉的热解过程及其动力学规律

采用热重分析法(TGA)对国内几家钢铁厂喷吹煤粉(天铁、武钢、马钢)的热解过程及其动力学规律进行了研究。实验中升温速率分别为10、20、40℃/m in,终温为1000℃。热解在氮气气氛下进行,并用高纯氮气作为保护气体。实验结果表明:喷吹煤粉样的热解特征温度基本随挥发分的增大而降低。随着升温速率的提高,喷吹煤粉的最大热解速度提高,对应的峰值温度升高,最终失重率呈上升趋势。通过用积分法对热解动力学参数求解,得到喷吹煤的热解反应级数为2,热解反应动力学参数的计算结果真实地反映了喷吹煤粉的热解情况。