紫檀木热解过程中的VOCs释放研究北大核心

研究了檀香紫檀(Pterocarpus santalinus)木粉在120~320℃热解过程中释放的挥发性产物。采用热重-红外联用仪(TGA-FTIR)分析紫檀在热解过程中的失重、热解速度及释放的产物的官能团,并通过热解-气质联用仪(PY-GC/MS)具体分析了紫檀在热解过程中释放的VOCs化学成分及其含量。结果表明:160℃热解时总失重率为3.87%,200℃时为6.42%,240℃时为13.56%;紫檀在热解过程中释放的小分子气体主要是水、一氧化碳、二氧化碳、甲烷;热解过程中释放的VOCs主要由醇类、酸类、酮类、酚类、酯类、醛类、烷烃类等组成。     

异氰酸酯浓度对杨木强化材TVOC释放影响研究

本文利用丙酮将异氰酸酯树脂分别稀释至质量浓度为25%、33%、40%、50%和67%,经真空-加压浸渍处理方法将其浸注到杨木素板中,80℃热固化8 h后得到具有不同增重率的杨木处理材。利用小舱体采集试件释放的挥发性有机化合物(VOC),并使用气相色谱质谱联用仪对样本气体进行定性和定量分析,进而探讨异氰酸酯处理杨木增重材TVOC的释放特性。结果显示:树脂质量浓度显著地影响杨木处理材TVOC的释放,且随着树脂质量浓度的增大,处理材在第1天、第7天和第28天的TVOC都呈现了先上升而后下降的趋势;最佳的异氰酸酯质量浓度应该在质量浓度低于50%范围内寻找。     

杨木刨花板的热解动力学分析

采用热重分析仪对杨木刨花板进行热解,结合Coats- Redfern法分析热重曲线,探讨了反应机理.结果表明:杨木刨花板的热解过程分为失水干燥、快速热解和慢速热解3个阶段；升温速率的提高使热解最大失重速率增大,热解的各个阶段向高温方向横向偏移.快速热解阶段的反应机理满足D3模型,热解的活化能(E) 107.24 kJ/mol；5、10和20℃/min 3种速率下的指前因子(A)值分别为2.09×105、6.57×105和3.22×105 s-1.     

3层实木复合地板VOC释放及快速检测

【目的】为了降低人造板挥发性有机化合物(VOC)的检测成本、增强可靠性,提高产品环保水平和工作效率,提出一种新型的VOC快速检测方法。【方法】以3层实木复合地板为研究对象,建立单因素试验方案,合理搭配各环境条件,快速采样装置与气质联用仪结合使用,对其在不同温度、相对湿度和空气交换率与负荷因子之比条件下释放的VOC进行检测和分析,一方面探索3层实木复合地板释放VOC的主要成分及释放规律,另一方面分析各环境因素对3层实木复合地板释放的VOC达到稳定期时浓度的影响。根据板材VOC的释放规律,确定快速释放法在最佳环境条件下得到的VOC量值,同时,利用传统气候箱法表征板材自然衰减过程中VOC释放量值,将2种方法测得数据进行对比,分析快速检测法与传统气候箱法的相关性。【结果】芳香烃和酯类是3层实木复合地板的主要挥发性有机释放物,除了部分烷烃、烯烃和醛酮类化合物外,板材还释放少量的醚、醇和酸类化合物。在测试期间,酯类和芳香烃类化合物的质量浓度变化趋势明显。温度和相对湿度增加会使平衡时的TVOC释放量增大,但当温度越高,湿度对平衡条件下TVOC的释放量影响越小。空气交换率与负荷因子之比越小,处于稳定散发阶段的实木复合地板释放的TVOC浓度值越大。【结论】快速检测法和传统气候箱法测得3层实木复合地板TVOC释放水平趋势基本一致,并且检测物相同。随着时间的延长,TVOC的释放量逐渐下降至稳定趋势。3层实木复合地板释放的主要挥发物酯类和芳香烃类来源于板材表面加工过程中使用涂料的有机溶剂,建议选择环保型涂料。温湿度的协同作用影响3层实木复合地板VOC释放量,高温高湿条件对3层实木复合地板中VOC的释放量有显著影响。而且,空气交换率与负荷因子之比对高温高湿条件下3层实木复合地板释放的TVOC量影响较大。快速检测法VOC释放速率快于传统气候箱法,且该方法性能可靠,可用于人造板材挥发性有机化合物的快速检测,便于企业有针对性地解决生产过程中出现的问题,提高产品质量。     

基于CONE的速生人工林杨树木材热释放特性研究

以杨木径切板和弦切板为材料,按照ISO5600-1:2015标准,采用锥形量热仪在两种不同辐射功率下,研究杨木在燃烧中的热释放特征。结果表明:在不同辐射功率下,弦切板的第二热释放峰出现的时间要晚于径切板;在不同受热方向上,弦切板B的综合热释放参数略好于弦切板A,采用弦切板B面向火源更加安全。在50 kW/m~2辐射功率下,不同厚度杨木的第一热释放峰出现的时间相同;随着厚度的增加,杨木弦切板在燃烧过程中突破热解区的时间随之延长,厚度越大,杨木板第二热释放峰出现的时间越晚,且第二峰值随之变小,材料的火灾增长指数也越小,在火灾中的危险性相对越低。     

不同外部环境因素下胶合板VOC的释放特性

以胶合板为研究对象,采用小环境舱法,利用气相色谱质谱联用仪(GC/MS)检测胶合板在不同温度(18,23,28℃)、相对湿度(35％,50％,60％,75％)和气体交换率(0.5,1,2 h-1)条件下的VOC释放速率,探究胶合板释放的不同种类VOC在不同环境条件下的释放特性.结果表明:提高温度、相对湿度和气体交换率能够加速板材VOC释放,释放初期影响显著,后期影响减弱.芳烃类化合物释放速率高于烷烃类化合物,芳烃类化合物受环境因素影响程度大.甲苯释放速率最大,对(间)二甲苯居中,乙苯最小.3种环境因素对3种单体影响程度差异不大.     

臭椿木热改性过程中的冷凝有机挥发物分析

以白行改装的电热控温改性设备热处理臭椿木(Ailanthus altissima)锯材,用气相色谱-质谱联用仪对锯材在热改性过程中释放的有机挥发物冷凝液成分进行分析。分析结果表明:热改性处理过程中臭椿木锯材释放的有机挥发物冷凝液主要成分种类为醛类,其次是酚类、醇类、有机酸、酮类、酯类。该研究旨在为挥发性有机化合物的控制处理技术和排放标准提供依据。     

不同木屑类生物质热解动力学与热力学参数研究北大核心

为实现生物质原料的能量回收,研究以杨木、水杉、椿木木屑为原料,在30~900℃的惰性气氛下,以10、20、30、40℃/min不同的升温速率进行热重试验,计算不同木屑类生物质热解过程中的动力学和热力学参数。动力学参数采用Flynn-Wall-Ozawa(FWO)、Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)和Distributed-Activation-Energy-Mode(l DAEM)模型进行计算,并用主函数图法确定反应机理。结果表明:热稳定性从高到低依次为:椿木、水杉、杨木。3种方法计算杨木的热解活化能变化范围为139~157 kJ/mol,水杉为106~163 kJ/mol,椿木为147~200 kJ/mol;木屑类生物质主要反应机理为低转化率范围内三维扩散模型(D3)、高转化率范围内的R1和Avrami-Erofeev模型(A1,A2,A3,A4);3种木屑中,杨木的吉布斯自由能(ΔG)均值为149.57 kJ/mol,水杉为150.40 kJ/mol,椿木为162.84 kJ/mol。热解过程中的焓变(ΔH)均为正,熵变(ΔS)最小负值为71.07 J(/mol·K),最大正值为47.17 J(/mol·K)。研究为生物质热化学转化技术和开发提供了重要的基础数据。     

生产工艺条件对杨木胶合板甲醛释放量的影响

主要对用无醛胶粘剂 (API)生产杨木胶合板生产过程中各因素对杨木胶合板甲醛释放量的影响进行了试验研究 ,结果表明 ,即使用API生产杨木胶合板 ,同样可以检测到甲醛的存在。用API生产杨木胶合板的同时 ,通过调整其工艺条件 ,使杨木胶合板的甲醛释放量有较大的降低。     

基于CONE法的热处理杨木燃烧特性研究

利用锥形量热仪CONE对不同热处理工艺下的杨木燃烧行为进行研究。结果表明:热处理后杨木中亲水的羟基、羰基数量明显减少,大量半纤维素降解。木材试样从外部热源引燃到燃烧结束,出现两个主要放热峰。热处理后杨木引燃和燃烧过程的发烟量较大,且热处理杨木引燃时间更短。热处理材的热释放峰值pk-HRR、平均热释放速率av-HRR和总热释放量THR均低于未处理材,表明其燃烧强度低于未处理材。热处理杨木燃烧过程的总烟释放量TSP较未处理材有所增加,同时其引燃时间也有所缩短。因此,对用于家具和室内装饰的热处理木材,建议进行恰当的阻燃处理。     

三聚氰胺复合氮磷阻燃剂的合成及其处理杨木的吸湿性与阻燃性研究

为降低氮磷阻燃剂浸渍处理杨木的吸湿率,在氮磷阻燃剂合成过程中添加少量三聚氰胺(MEL),在磷酸、尿素和MEL不同的摩尔比下合成了NP、NP-MEL-1、NP-MEL-2和NP-MEL-3。杨木置于浓度为10%阻燃剂溶液中,在温度为80℃水浴中浸渍处理。之后对四个配方处理试件进行吸湿率、氧指数、烟密度和锥形量热分析。结果表明:载药率为10%左右时,NP-MEL-3处理试件的吸湿率达到美国建筑规范28%的要求;载药率为12%左右时,与NP处理杨木相比,NP-MEL-3处理试件的氧指数值提高14.86%,第一热释放速率峰值降低40%,释热总量降低33.89%,CO产量降低34.38%,残碳率提高了30.58%。     

应用气候箱法测定胶合板的VOC释放

采用气候箱模拟室内气候环境,研究胶合板的甲醛释放规律,分析环境因素对处于稳定释放期的胶合板甲醛及其他VOC释放机理的影响.研究发现:在模拟的空气环境条件下,胶合板甲醛释放呈现的规律为:在较短时间内急速上升,达到最大值后逐渐衰减,直到趋于稳定值;在稳定释放状态,环境因素对甲醛及某些VOC散发有显著作用.同时对VOC作了化学成分的检测,受试胶合板主要释放有8种VOC.     

β-5型木质素模型化合物热解机理研究

木质素作为三维网状无定形高聚物,其化学结构非常复杂。为探究热解过程中产物的分布及形成路径,利用PyGC/MS联用仪在不同的热解温度下对软木木质素中最典型的C—C键(β-5型)模型化合物的热解产物进行详细研究。结果表明:β-5型化合物在低温下主要发生C—O键的开环断裂,热解产物仍以二聚体的酚类和酮类化合物为主。随着热解温度的升高,二聚体继续发生二次裂解反应,形成大量的小分子芳香族化合物,相对含量约占15%～30%;当热解温度为900℃时,热裂解生成的化合物之间能够通过缩聚反应形成萘和茚,其相对含量约占产物含量的9%。同时,反应路径也进一步揭示了热解过程中的转化机理。     

基于热重红外的硫酸盐法黑液热解特性分析

为了深入地探讨黑液热解的反应机理以及黑液热解过程中产物的释放规律,采用热重-红外联用(TG-FT-IR)技术对竹子和桉木混合硫酸盐法制浆黑液固形物(BLS)的热裂解过程进行了研究。TG-FT-IR结果显示,BLS热解产物的释放主要集中在500~2 000 s,热解产物主要是CO2、CH4、H2O、CO、醇酚类化合物和醛酮类化合物。BLS的整个热解过程可分为3个阶段,第1阶段的失重主要是原料中结合水的挥发引起的,此阶段的最大失重速率出现在105℃;第2失重阶段主要发生在173~518℃,失重率约为25.19%,主要产物是CO2、CH4、H2O、醇酚类化合物、醛酮类化合物以及少量的CO,此阶段CO2的生成量最大;第3阶段主要发生在722~1 000℃,失重率接近39.05%,产物主要是CO,其它小分子产物的产率都很低。     

杨木纤维/无机纳米Al_2O_3复合材料的阻燃性能

采用锥形量热仪法研究了杨木纤维/无机纳米Al2O3复合材料的点燃时间、热释放速率、总热释放量、有效燃烧热、质量损失速率等。实验结果表明,通过无机纳米Al2O3改性后,点燃时间延长了1倍;45 s和175 s出现的热释放峰值明显减弱,热释放速率明显降低,平均热释放速率下降了38%,热释放速率峰值下降了25%;总释放热下降了38%;175 s的放热峰出现前,其有效燃烧值略低于空白纤维板材,并且两者都比较平缓;质量损失与燃烧时热释放速率同步。     

杨木纤维/无机纳米Al2O3复合材料的阻燃性能

采用锥形量热仪法研究了杨木纤维／无机纳米Al2O3复合材料的点燃时间、热释放速率、总热释放量、有效燃烧热、质量损失速率等。实验结果表明,通过无机纳米Al2O3改性后,点燃时间延长了1倍;45s和175s出现的热释放峰值明显减弱,热释放速率明显降低,平均热释放速率下降了38％,热释放速率峰值下降了25％;总释放热下降了38％;175s的放热峰出现前,其有效燃烧值略低于空白纤维板材,并且两者都比较平缓;质量损失与燃烧时热释放速率同步。     

实木复合地采暖地板运行工况下的甲醛和VOC释放浓度

【目的】研究实木复合地采暖地板在冬季运行工况下室内温湿度变化及其对地板甲醛和VOC释放浓度的影响,为地采暖地板使用过程中的室内环境质量控制以及相关地采暖用地板的质量检测标准提供参考依据。【方法】构建一个面积约36 m~2的多层实木复合地板辐射供暖系统,供暖末端采用低温热水地板辐射形式。研究供暖季不同运行工况下(包括不同室外温度、不同系统供水温度等)室内温度和湿度分布以及实木复合地采暖地板中甲醛和VOC等有机污染物释放浓度的变化情况,分析地板辐射供暖系统的供热温度分布,探索多层实木复合地采暖地板甲醛和VOC的释放规律及相关影响因素。【结果】在40℃恒定水温地板辐射供暖条件下,室内平均初始温度为14.6℃,甲醛和VOC初始浓度分别为0.01和0.50 mg·m~(-3),随着持续供暖,室内温度逐渐升高,50 h后室内温度上升为20.3℃,甲醛和VOC释放浓度分别为0.04和0.70 mg·m~(-3),运行第20天甲醛和VOC释放浓度达到峰值,分别为0.05和0.86 mg·m~(-3)。在供暖温度上升至50℃时,50 h后室内平均温度为24.2℃,甲醛和VOC释放峰值浓度分别上升为0.11和1.01 mg·m~(-3),在试验供暖周期结束时浓度分别为0.03和0.72 mg·m~(-3)。甲醛和VOC释放浓度与室外温度和室内相对湿度具有一定正相关性,但其波动幅度较小。【结论】多层实木复合地采暖地板的甲醛和VOC释放与室内温湿度都具有正相关性,且受系统运行工况和室外环境的影响;当供暖系统运行温度较高时,在密闭的室内容易造成空气中甲醛等有机污染物含量超标,需进行开窗通风。本研究结果可用于指导实木复合地板采暖系统的使用以及地采暖用地板甲醛和VOC释放限量标准的补充。     

益阳地区7种生物质热解动力学特性研究

采用热重分析仪对益阳地区7种生物质(玉米秸秆、花生壳、刺桐木屑、豆秆、稻壳、杉木屑和松木屑)的热解特性进行了热重实验研究,利用热重分析法,在氮气气氛下对7种生物质的热解行为特性和动力学规律进行了分析.实验结果表明:7种生物质的热解特性相似,热解过程可以用同一种模型描述.7种生物质在热解过程中可分为脱水解吸附干燥、快速热解和残余物缓慢分解等3个阶段.升温速率越大,热解速度越快.林业生物质的热稳定性大于农业生物质的热稳定性.     

木材试样形态对CONE热释放特性参数的影响

【目的】对比测试不同木材加工形态样本的的锥形量热(CONE)热释放特性参数,探究不同木材试样形态对CONE热释放特性参数的影响规律和作用机制,为CONE热释放特性参数选择、材料燃烧过程评估以及阻燃机制研究提供依据。【方法】在50 kW·m~(-2)热辐照功率下,通过CONE测定7种加工方式和形态不同杨木试样的热释放速率(HRR)及其峰值(PHRR)、总热释放量(THR)、有效燃烧热(EHC)等CONE热释放特性参数。【结果】通过分析不同木材试样热释放特性参数试验值的算术平均误差(ΔX)、相对误差(Er)和标准偏差(S)可知,在PHRR,MHRR,THR和MEHC 4个热释放特性参数测定结果中,平均有效燃烧热(MEHC)的误差估算值最小,而PHRR的误差估算值最大;粉状试样的PHRR,MHRR,THR,MEHC 4个热释放特性参数试验值的误差估算值远小于板状试样的误差估算值,如PP,FPP 2个粉状试样的MHRR试验值的标准偏差(S_(MHRR))分别为1.2和1.1 kW·m~(-2),远低于其他5种标准板状试样,约为S_(MHRR)最大的PPB的1/8。【结论】4个热释放特性参数中,MEHC主要受燃烧状态影响,而PHRR除了与燃烧过程有关外,还受试样自身和外界因素的影响。粉状试样热释放特性参数试验值的精密度优于板状试样,重现性好、可靠性高,完全适用于实验室内部测试和材料配方筛选等各种科学研究,可减少制备标准试样所需的材料和时间,为简化CONE试验试样制作工艺提供了科学依据。     

杨木粉与纤维素热解特性的对比研究

利用热重红外联用的分析方法对杨木粉和纤维素的热解失重特性和产物生成特性进行了对比研究。结果表明,杨木粉与纤维素热解失重的主要阶段在210～400℃范围内,裂解速率均约在350℃时达到最大。由于纤维素与杨木粉组成成分不同,杨木粉发生热失重的时间更早过程更长,而结构单一的纤维素在热失重过程中反应更为剧烈,分解速度较快裂解更完全。在线红外分析结果表明,杨木粉和纤维素热解产生的气体主要为CO2、CO、H2O及饱和小分子烷烃类,由于杨木粉中还有除纤维素以外的组分,使其热裂解过程变得更为复杂。