帽儿山地区10种常见树叶的燃烧性能和热重分析

使用热重分析法对黑龙江省帽儿山地区的10种代表性树种进行热解特性和动力学研究,利用TG-DTG曲线分析了可燃物热解的基本过程,通过热解参数对不同植物可燃物热解特性作定量比较,了解到木质素、半纤维素及纤维素的热解特性和温度、失重量以及失重速率之间的关系,采用分阶段一级反应动力学模型Coats-Redfem法求得相应的热解动力学参数活化能E和频率因子A.结果表明：在氮气气氛下10种树叶的热解均经历水分析出、快速热解、炭化3个主要阶段;计算得出樟子松、黑皮油松具有较好的防火性能,着火温度、活化能分别是：275.17℃、44.188 6 KJ/mol和274.38 ℃、42.864 3 KJ/mol.还利用极限氧指数技术,测得了可燃物的相对极限氧指数值,其数值可以反映可燃物可燃性的高低,得出榆树的氧指数是26.4％,属于难燃;黑皮油松的氧指数是20.2％,接近易燃.     

4种生物质秸秆的热解特性及其动力学分析

为比较不同种类生物质秸秆热解特性的差异,探讨地域对生物质秸秆热解特性的影响,以四川、湖北和云南产区的油菜、小麦、玉米和水稻秸秆为试材,采用SDT-Q600型同步热分析仪,通入高纯氮气后,对样品进行热解与测定(加热速率为20℃/min,终止温度为1 000℃),最终获得不同种类和不同产区生物质秸秆的TG曲线和DTG曲线,并对各曲线进行比较与分析。结果表明:4种生物质秸秆热解过程呈现相似的变化规律,但由于样品种类的组分不同,样品呈现出失重程度和失重速率上的差异;地域对同种生物质秸秆的失重程度有影响,对失重速率影响不明显。采用Coats-Redfern法,对不同种类和产区的生物质秸秆热解过程进行动力学计算,得出表观活化能和频率因子动力学参数。结果显示,在主要失重阶段生物质秸秆活化能为89~144kJ/mol。     

不同畜禽粪便的热解特性及反应动力学

对猪、牛和鸡3种主要种类畜禽粪便在以高纯氮气为载气的条件下进行热重-差热(TG-DSC)分析,同时考察不同升温速率(10、20和50℃/min)对鸡粪样品热解过程热解特性和热焓的影响。热重试验样品粒度为0.5mm,所有样品均从室温加热至1 000℃。试验结果表明:畜禽粪便类生物质热解过程主要包括脱水、主要热裂解和炭化3个阶段,3种畜禽粪便样品失重主要集中在126～438℃;不同种类畜禽粪便样品和不同升温速率,鸡粪样品的DTG、DSC曲线差异明显,但各自的DTG和DSC曲线有很好的对应关系;基于Coats-Redfern法应用反应级数模型和扩散模型选择回归系数最高的值表示样品的反应级数和反应机理,得出鸡粪活化能的平均值为73.4kJ/mol,猪粪、牛粪活化能分别为114.2和88.5kJ/mol。     

阻燃剂硼酸-硼砂对杨木定向刨花板热解特性的影响

为探究阻燃剂硼酸-- 硼砂对杨木定向刨花板热解特性的影响,用同步热分析仪研究了硼酸-- 硼砂阻燃杨木定向刨花板升温速率为10 ℃/min、终温700 ℃的热分解反应。结果表明:硼酸-- 硼砂对阻燃杨木定向刨花板快速热解阶段的反应起到抑制作用,使得最大失重速率对应的特征温度后移,残炭率显著增加。阻燃杨木定向刨花板的最概然机理为球形对称的3维扩散,满足Ginstling-Broushtein方程。未经阻燃处理及添加9%、12%硼酸-- 硼砂的杨木定向刨花板在快速热解阶段的反应活化能分别为101.690、116.635、129.225 kJ/mol,硼酸-- 硼砂使杨木定向刨花板在快速热解阶段所需的能量增加。      

2种生物质材料的热解特性及动力学研究

用热重分析在不同升温速率（5—50℃／min）和一定氮气（20mL／min）条件下对甘蔗渣、杨木的热解失重过程进行研究。结果表明,加热速率越大,热解速率越快;其热解过程可分为失水干燥、预热解、快速热解和残余物热解4个阶段;甘蔗渣、杨木快速热解阶段的失重率分别为80％和85％,它们均可由一级反应过程描述。由Coats-Redfem方法计算得出,甘蔗渣、杨木快速热解阶段低温热解平均活化能分别为40．84、74．94kJ／mol,高温热解平均活化能分别为9．21、11．39kJ／mol。     

复合NP阻燃剂处理杨木的热解特性与动力学分析

为研究复合NP阻燃剂处理杨木的热解特性与阻燃机理,利用热分析法对蒸馏水、聚硅酸磷酸二氢铝(Al-Si)、NP阻燃剂(N-P)、聚硅酸磷酸二氢铝复合NP阻燃剂(N-P-Al-Si)处理杨木(编号为A、B、C、D)的燃烧性能进行探讨,分别运用Ozawa-Flynn-Wall法和修正Coats-Redfern法计算阻燃杨木活化能。结果表明:A仅有1个热解阶段,此阶段的活化能值为65~70 kJ/mol。阻燃处理材的热解大致分为2个阶段,D的主要热解阶段介于B、C之间,其热释放速率缓慢,失重速率和失重量最小。并且在不同的升温速率下D的失重趋势一致,随着升温速率的增大,失重曲线向高温方向移动。D第1、2阶段的活化能分别为120、240 kJ/mol,均显著大于C(115 kJ/mol),表明Al-Si与N-P复配后的阻燃效率得到提高。      

烟草木质素的热解特性及与纤维素、木聚糖热解协同作用规律研究

应用热重分析法考察了烟草木质素、纤维素、木聚糖的热解特性,并对烟草木质素与纤维素、木聚糖之间的协同作用规律进行了初步研究。热失重行为研究发现,烟草木质素、纤维素及木聚糖这3者的热解行为及热解深度存在明显差异:从室温至900℃,失重峰值对应温度从木聚糖(233℃)、烟草木质素(314℃)到纤维素(331℃)依次升高,纤维素的总失重约为97.2%,木聚糖总失重约76.9%,而烟草木质素的总失重仅为75.3%。热解协同作用研究表明,纤维素与烟草木质素的热解反应具有双向抑制作用,而木聚糖与烟草木质素的热解反应具有单向抑制作用。     

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70～80 kJ·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50 K·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.     

滤泥的热解特性及动力学分析

【目的】研究滤泥的热解特性、动力学和热力学性质,为滤泥热解提供科学依据。【方法】采用定量法进行工业分析和元素分析;采用热重分析法,以5、10、15、20、25和30℃/min加热速率从室温加热至800℃,运用Kissinger、Flynn-Wall-Ozawa(FWO)和Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)3种方法处理热重试验数据。【结果】滤泥灰分含量为44.34%,挥发分含量为52.88%,C、H、N、S和O的重量百分比含量分别为24.96%、4.04%、1.98%、5.82%和18.86%,高位发热值(HHV)为11.39 MJ/kg。由TG(热重分析)曲线可知热解主要分为3个阶段进行,分别为微失重阶段(110℃左右)、快速热解阶段(150～510℃)和炭化阶段(510～800℃),不同加热速率下DTG(热重分析一阶微分)曲线峰值差别明显。运用FWO和KAS方法计算得出的平均活化能(Eα)分别为322.28和321.93 kJ/mol,平均焓变(ΔH)为289.04和288.24 kJ/mol,平均吉布斯自由能变(ΔG)为207.87和208.01 kJ/mol,熵变(ΔS)由负值持续增加为正值。【结论】较低的加热速率有利于滤泥的热解反应;FWO和KAS模型均能较好地描述滤泥热解过程,整个热解过程符合热力学第二定律,是一个复杂多步的吸热过程。     

富钾商陆的化学成分与热解特性

对商陆茎的木质素、纤维素、灰分、钾元素等主要化学成分进行了分析.结果表明,野生商陆茎的全钾含量高迭4.58%,木质素和纤维素含量比其他木质原料低,与秸秆类植物相当.利用热重-差热分析仪(TG-DTA)对商陆茎的热失重和热解特性进行了研究,分析了商陆茎热解炭化的机理.发现,商陆茎主要的热失重区间在200～400℃之间,控制这一失重阶段是商陆茎热解炭化的关键.在N2气氛中,热解温度为1 000℃时商陆茎热解炭化后的固定碳含量为19%.此研究结果为进行商陆茎生物质转化研究和活性炭制备的可行性提供依据.     

含脲醛树脂胶黏剂的杨木刨花板的热解特性

为探明胶黏剂对废弃刨花板热解的影响,采用热重分析技术,以20℃/min的恒定升温速率对杨木、杨木刨花板和脲醛树脂的热解特性进行了分析。结果表明：3种材料的热解基本都可分为干燥失水、快速热解和缓慢分解3个阶段。采用一级反应动力学模型对快速热解阶段进行计算,得出杨木的活化能为70.21kJ/mol,杨木刨花板的活化能为46...     

升温速率对成型生物质热解过程的影响

【目的】研究不同升温速率下成型生物质的热解炭化规律。【方法】采用自行设计的热解试验装置,测定不同升温速率(5,7,10,15℃/min)条件下成型生物质热解过程中失重(TG)、失重速率(DTG)、工业成分(挥发分、灰分、固定碳含量)的变化及所需的活化能。【结果】通过动力学拟合,得到描述成型生物质热解过程的最合理机理函数,据此推测成型生物质热解反应机理为内扩散控制过程。当升温速率为10℃/min时,热解过程活化能最小,为195.52kJ/mol。在不同升温速率下,成型生物质热解过程中的TG曲线逐渐向高温区移动,且失重速率呈先增大后减小的趋势,在升温速率为5,7,10,15℃/min时,成型生物质的失重速率分别在322,427,448,554℃时达到最大,其值分别为0.804,0.649,0.512,0.466%/℃,可知在成型生物质热解炭化过程中,随着温度的增加失重速率呈先增大后减小的趋势,达到最大失重速率时的温度随升温速率的增大而升高,热解后成型生物质固定碳含量随着升温速率的增大而降低。【结论】较低升温速率热解有利于成型生物质热解成炭。     

沙柳材中纤维素和半纤维的分离及性能表征

利用化学试剂分离出了沙柳材的主要化学成分纤维素、半纤维素。通过对纤维素和半纤维素进行分析红外光谱分析发现其中的酯基和羰基减弱,沙柳纤维素中不再含有芳香环类的物质,并且结晶度相对值明显增大,沙柳纤维素是典型的纤维素Ⅰ。热重分析发现纤维素的热解温度比较集中,热解失重率比较高。由于沙柳半纤维素支链较多,存在聚半乳糖、阿拉伯糖、木糖、葡聚糖或果胶质多糖造成热解温度比较分散,热解失重率比较低。     

糠醛和香兰素的加热释放特性及动力学分析

测定加热卷烟常用香料糠醛和香兰素在不同升温速率(10、20、40 ℃/min)由30 ℃升至350 ℃的热重数据，运用3种非等温热分析方法(Coats-Redfern法(CR)、Kissinger-Akahira-Sunose法(KAS)、Flynn-Wall-Ozawa法(FWO)拟合糠醛和香兰素的热释放过程，采用管式炉和气相色谱质谱联用仪确定糠醛和香兰素的热释放产物。结果表明：糠醛有2个失重阶段，香兰素有1个失重阶段；随着加热温度从30 ℃提高至350 ℃，糠醛的热释放特性指数由2.54×10–3增加至3.19×10–2，香兰素的热释放特性指数由3.21×10–4增加至5.63×10–3；基于多升温速率KAS和FWO的动力学分析显示，转化率为0.7时，糠醛的活化能最高，转化率为0.8时，香兰素活化能最高，KAS法所得糠醛和香兰素的平均活化能分别为86.26 kJ/mol和84.89 kJ/mol，FWO法所得糠醛和香兰素的平均活化能分别为88.72 kJ/mol和89.09 kJ/mol；基于CR法的动力学分析表明，三维扩散模型D3可较好地描述糠醛和香兰素的热释放过程。     

加热卷烟调香常用12种醛酮类香料的熔融及热解特性研究

为了解香料在加热卷烟中的热解特性，以12种醛酮类单体香料为研究对象，采用非等温热重法(TG)、差示扫描量热法(DSC)以及Coats-Redfern法和?atava-?esták法2种动力学分析方法对其熔融行为和热解行为进行分析。结果表明：(1)12种醛酮类单体香料的热重微分(DTG)曲线均表现出1个明显的失重峰，在其对应的DSC曲线上均表现出明显的吸热现象；(2)12种醛酮类单体香料均能在300℃前完成热解；(3)基于Coats-Redfern法和?atava-?esták法的分析结果显示，三维扩散模型D3可以较好地描述12种醛酮类香料的热解反应机制，12种醛酮类香料热解过程的活化能在89.51～236.99 kJ/mol，指前因子(A)在2.07×10⁸～2.02×10²³min^-1，其中胡椒醛、邻甲氧基肉桂醛、乙基香兰素、甲基环戊烯醇酮和山楂花酮熔融过程的活化能在239.07～412.24 kJ/mol,lg A在24.66～30.54;(4)对12种醛酮类香料的热解特性进行聚类分析发现，在平方欧式距离为10时聚为...     

烟丝掺配输送及卷制过程中的热解特性变化分析

为研究烟丝在掺配输送及卷制过程中的热解特性变化规律,利用热重分析技术和热分析动力学方法跟踪分析了不同加工环节烟丝的热失重特征参数变化和差异。结果表明：(1)不同加工环节烟丝整体热解失重规律一致,均包含脱水干燥、挥发性成分损失、半纤维素和纤维素分解、木质素分解与炭化、无机盐分解等阶段,各样品不同热失重阶段的温度区间一致,但阶段失重率有差异;(2)JXQ、JXH和CPS样品在无机盐分解阶段的失重率接近,并明显高于其他样品,不同烟丝样品的综合热解指数CPI范围为4.10×10^-5%·(min×℃²)^-1～4.65×10^-5%·(min×℃²)^-1,BZS样品的CPI最低,CPI随着加工环节的进行呈现逐渐降低的趋势;(3)样品在脱水干燥和纤维素分解阶段的热分解过程均符合F1.5级化学反应模型,但不同样品的热解动力学参数存在一定差异。本研究揭示了烟丝在热解过程中的化学反应动力学参数存在一定的差异,在加工过程中烟丝的配方成分可能存在一定程度的波动。     

污泥热解特性影响因素的研究

[目的]研究污泥的热解特性及其影响因素。[方法]采用热分析的方法研究升温速率、试验终温、污泥组分、颗粒粒径和氮气吹扫量等因素对污泥热解特性的影响。[结果]污泥热解可以划分为3个阶段:第一阶段是水分析出阶段(50～150℃);第二阶段是污泥失重的主要阶段(150～530℃),热解失重是由于有机物的分解引起;第三阶段(530～800℃)失重是由于无机物和残余有机物引起。污泥热解在第二阶段是放热过程。升温速率对污泥热解特性的影响主要表现在起始温度方面,而对峰温和失重率的影响较小;试验终温的影响则主要表现在污泥的失重率上,试验终温越高,污泥的失重率越高,而对热解起始温度的影响则可以忽略;污泥组分不同,表现出的起始温度、峰温和失重率等反映污泥热解特性的主要参数不同;污泥的粒径不同,反映热解特性的主要参数起始温度、终止温度、峰温和失重率等都存在明显的差异;氮气吹扫量对污泥热解参数基本没有影响,但随着氮气吹扫量的增加,污泥的失重率增加。[结论]该研究可为污泥的热处理方法研究提供理论依据。     

木薯废弃物热解特性及产物分布

为了探索木薯废弃物的不同部分(木薯根、茎和渣)的热解特性及产物分布,采用热重及动力学分析表明,结果,木薯废弃物的不同部分的热解均可分为脱水、热解、炭化3个阶段;在200~400℃,木薯茎比其他部分具有更高的热降解反应性,木薯茎的活化能在3种样品中最低,为37.57 kJ/mol,木薯根和渣的稍高,分别为39.42、45.39 kJ/mol。木薯茎固定床热解试验表明,随着热解温度的升高,固体产物逐渐减少,气体产物逐渐增多,液体产物先增多后减少,热解温度为600℃时生物油产率达到最大值45.50%。木薯废弃物的不同部分固定床热解试验表明,热解产物中液体产物产率最大,固体和气体产物产率次之。     

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。     

畜禽粪便的热解特性和动力学研究

利用热重-微商热重的分析方法对猪、牛、鸡和羊4种畜禽粪便的热解行为进行了研究。热重试验样品粒径为0.2mm,高纯氮气为热解环境,加热起始温度为20℃,终止温度为900℃。通过对热重(TG)曲线和微商热重(DTG)曲线的分析,得出畜禽粪便热解过程的脱水、过渡、主要失重和炭化4个阶段以及主要热解阶段的几个特征值参数;考察了加热速率对样品热解过程的影响,发现加热速率对样品热失重速率影响比较明显;利用试验所得数据,通过建立反应动力学方程,采用一级单组分和一级双组分分阶段反应模型,求出不同畜禽粪便在相应热解条件下的反应动力学参数,结果显示,几种样品的表观活化能值都在100kJ·mol-1以下,说明几种热解对象都很容易受热分解。