木质素热解的TG-FTIR实验研究

利用热重红外分析仪(TG-FTIR)对木质素进行热重分析及主要气相产物分析,并探讨了升温速率和碱金属盐对木质素热解过程的影响规律。结果表明：随着升温速率的增加,挥发分析出阶段DTG曲线的峰型变宽,热解起始温度、最大失重峰温均向高温侧移动,且较高的升温速率不利于气相产物的析出。添加碳酸钠、碳酸钙和碳酸钾对木质素热解主反应区反应速率的影响较小,相比碱金属盐的加入量而言最终热解固体产物略有增加,同时碱金属盐的添加对气相产物的析出有明显抑制作用。与其它两种碱金属盐相比,碳酸钙的加入对600~700℃温度区间内木质素热解产生的CO和CO₂产量有一定的促进作用。     

木质素热解的热重红外分析仪实验研究

利用热重红外分析仪(TG-FTIR)对木质素进行热重分析及主要气相产物分析;并探讨了升温速率和碱金属盐对木质素热解过程的影响规律。结果表明:随着升温速率的增加,挥发分析出阶段DTG曲线的峰型变宽,热解起始温度、最大失重峰温均向高温侧移动;且较高的升温速率不利于气相产物的析出。添加碳酸钠、碳酸钙和碳酸钾对木质素热解主反应区反应速率的影响较小,相比碱金属盐的加入量而言,最终热解固体产物略有增加;同时碱金属盐的添加对气相产物的析出有明显抑制作用。与其他两种碱金属盐相比,碳酸钙的加入对600~700℃温度区间内木质素热解产生的CO和CO_2产量有一定的促进作用。     

桉木APMP制浆废液固形物的热解特性

采用热重-傅里叶红外光谱联用(TG-FTIR)技术对桉木碱性过氧化氢法(APMP)制浆废液固形物(ASLS)热裂解过程中主要挥发性产物的释放规律进行了研究,结合高温静态水平管式炉快速热解及气相色谱(GC)、气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)对挥发分组成进行了确认.TG-FTIR结果表明,ASLS热解过程分为3个阶段,热解温度区间分别为200 ～371℃、371 ～530℃和745 ～986℃,第1热解阶段的主要产物为CO2,占总产物的90％以上,第2热解阶段的主要产物为CO2、CH4、醛酮类化合物和酚醇类化合物,第3热解阶段的主要产物为CO.GC分析结果显示,H2、CH4、CO、CO2、C2 H4和C2H6是热解的主要不可冷凝产物.GC-MS分析结果表明:醛酮类和酚类化合物是ASLS热解过程中的主要可冷凝产物,这与TG-FTIR结果相一致；醛酮类化合物在600℃左右达到最大产率41.43％.     

沙柳热解特性及热解动力学

为研究沙生灌木的代表沙柳的热解特性、热解动力学及热解过程中产物的形成特性,并进一步探讨沙柳的热解行为和过程的反应机理。采用热重法及热重红外联用技术对沙柳的热解失重过程、热解过程产生的气体和焦炭产物进行表征,采用Flynn-Wall-Ozawa法和Coats-Redfem积分法对沙柳的主要热解阶段进行动力学分析,求取活化能并推出描述其热重过程的机理函数。试验结果表明:沙柳的热解过程分为三个阶段,分别为脱水、快速热解和焦炭热解阶段。升温速率的增大有利于第二阶段挥发份的析出,但对第三阶段焦炭组分的热解不利,增加了800℃时残留的焦炭产率。沙柳主要热解阶段的活化能处于106.79~135.81 KJ/mol,且过程服从Avrami-Erofeev方程。热解过程中气态产物主要有H2O、CO2、CO、CH4、烷烃、酸、醛和醚类化合物等。不同温度下焦炭残渣的红外光谱表明,400℃前为半纤维素和纤维素糖苷键与糖环结构及乙酰羰基的断裂。400℃后为木质素中芳环结构单元及芳香核之间通过芳醚键连接的空间网状结构的破坏,而碳—碳键却得以保留和含量提高,整个失重过程挥发份的逸出主要与含氧官能团的热解有关。     

含油污泥热解和燃烧的反应过程

热解与燃烧是两种有前景的含油污泥处理技术.利用热重-Fourier变换红外光谱仪对含油污泥的热解与燃烧过程进行了研究.结果表明,两反应过程均经历了干燥脱气、轻质油分反应、重质油分反应、半焦反应以及矿物质反应共5个阶段.由于O2的存在,燃烧过程的失重率大于热解过程,且以轻质油分反应阶段的失重差异最为显著.热解与燃烧过程的主要气体产物分别为HCS与CO2,气体产物的析出特性在低于600℃时差异明显.含油污泥的热解与燃烧在反应过程上较为相似,反应产物上则有明显差异.     

油砂组成结构及热解特性分析

采用傅立叶红外光谱仪(FTIR)对四种油砂微观结构和官能团进行研究,通过FTIR谱图的分峰拟合处理,对油砂主要官能团进行半定量分析。研究表明：油砂由芳香烃、脂肪烃、羟基官能团和含氧官能团等组成,其中芳香烃结构和醇类化合物为主。利用TGA/DSC1型同步热分析仪和傅里叶变换红外光谱仪(TG-FTIR)进行了油砂热解特性实验,考察了升温速率对热解特性的影响,探究了油砂热解过程中挥发分的析出规律与主要气相产物H2O、CO2、CO、CH4、CnHm的释放特性。结果表明：油砂热解过程分为干燥脱气段、低温热解和高温热解3个阶段,其中有机质挥发分的析出主要发生在低温热解段;随着升温速率的提高,油砂热解产物释放更加集中,热解特性趋好。油砂热解过程中先析出游离水,随后发生解聚和脱水反应,主要的烷基侧链不断脱落、环化及含氧官能团逐渐断裂生成各种烷烃类、羧酸类、醇类和醛类等物质,甲氧基(-O-CH3)、亚甲基(-CH2-)和甲基(-CH3)在低温段(＜600℃)断裂振动生成有机气体CnHm和CH4。     

碱金属浸渍对垃圾衍生燃料与褐煤共热解催化特性

为探究碱金属对垃圾衍生燃料(Refuse Derived Fuel,RDF)与褐煤共热解特性的影响,对样品灰进行X射线荧光光谱(X-ray fluorescence,XRF)分析,并对酸洗及酸洗后碱金属K和Na溶液浸渍样品进行热重红外联用(TG-FTIR)分析。结果表明:RDF与褐煤之间元素组成含量具有较大差异,但主要元素种类没有发生大的波动,主要含有Al,Si,P,S,K,Ca,Ti,Fe等元素。RDF与褐煤质量比为3∶7时的元素组成与褐煤相似。酸洗能去除样品中的无机碳酸盐,酸洗以及碱金属浸渍后将热解过程分为两个阶段:生物质组分热解(173~433℃)和塑料类物质热解(402~566℃)。RDF与褐煤共热解产物主要为轻质气体(CO,CO2,CH4,H2O)及半挥发性有机物(C=O和C—O—C)。碱金属K和Na的催化作用是RDF与褐煤产生协同反应的原因。气体产物FTIR析出曲线中原样气体峰值浓度最高,碱金属K和Na浸渍样气体峰值浓度次之,酸洗样气体峰值浓度最低。     

基于TG-FTIR和Py-GC/MS的生物质三组分快速热解机理研究

利用热重红外联用仪(TG-FTIR)和快速热解-气相色谱/质谱联用仪(Py-GC/MS),对生物质三组分(纤维素、半纤维素和木质素)的热解失重规律、动力学和挥发分组分及其含量进行了对比研究。TG/DTG曲线表明,纤维素热解失重区间最窄,峰值处热解失重率最大;半纤维的最易发生降解,存在两个失重区间;而木质素热解过程最缓慢,热解温度范围最广。三维FTIR表明,纤维素热解主要产物为CO_2、醛类、酮类和酸类;半纤维素热解主要产物与纤维素一致,但是CO_2含量比其他几类组分高很多;木质素热解主要产物为CO_2和芳香烃类。Py-GC/MS分析表明,纤维素热解有机组分主要为呋喃类和脱水糖类,呋喃类产物在600℃时达到最大值43.34%,脱水糖类产物在500℃时达到最大值27.78%;半纤维素热解主要产物为酮类和呋喃类,两者含量随着热解温度增加呈逐渐下降趋势;木质素热解主要产物为酚类,总酚含量在热解温度500℃时达到最大值78%,其中愈创木酚型(G-型)酚的含量最高63.43%。     

麦草碱法黑液热解的产物特性及释放规律

对麦草碱法制浆黑液固形物(BLS) 400 ～ 800℃热解产物组成特性进行了研究.采用气相色谱(GC)和气相色谱-质谱(GC-MS)对热解气相产物和液相产物组成进行了全面分析;利用扫描电镜能谱仪(SEM-EDS)对固相产物的表面形貌及元素分布进行了表征.借助热重红外联用技术(TG-FTIR)探讨了热解过程中主要产物的释放规律.结果表明,BLS热解产物中,气相产物主要成分为H2、CO、CO2以及CxHy(CH4、C2H2、C2H4、C2H6)等,液相产物中主要是酚类、酮类、醇类、醚类、酸类、呋喃以及芳香化合物.TG-FTIR结果显示,BLS热解产物释放时间主要集中在l 000 ～2 000 s(300 ～600℃),此时BLS释放的产物主要为H2O、CO2、CH4、CO,以及烷烃类、芳烃类、酚醇类和酮类化合物.     

油菜籽粕生物质热解过程特征研究

以油菜籽粕生物质为原料,采用电加热方式,研究了不同加热速率下的热解过程及产物产出规律,对热解产物中不凝气体的成分进行了分析,考察了加热速率对产物产出率的影响。结果表明：油菜籽粕的热解过程可分为水分蒸发、半纤维素热解、纤维素和木质素热解、木质素炭化4个阶段;加热速率的高低虽然对水分的蒸发过程特征没有影响,但在低加热速率下,生物质中不同的组分将在不同的反应温度区间内进行热解反应;不凝气体和冷凝液体两种热解产物主要在100~550℃之间析出,是半纤维素和纤维素的主要热解产物,它们的产出率与温度的关系具有不同的特征;不凝气体中可燃气体的体积分数随着反应温度的升高逐渐增多;当控制加热速率为4～6℃/min时,油菜籽粕的3种热解产物量均可以达到较理想的效果。     

基于TG和FTIR的印尼油砂微观结构及热解特性实验

采用傅里叶红外光谱仪(FTIR)对四种油砂微观结构和官能团进行研究,通过FTIR谱图的分峰拟合处理,对油砂主要官能团进行半定量分析。研究表明:油砂由芳香烃、脂肪烃、羟基官能团和含氧官能团等组成,其中芳香烃结构和醇类化合物为主。利用TGA/DSC1型同步热分析仪和傅里叶变换红外光谱仪(TG-FTIR)进行了油砂热解特性实验,考察了升温速率对热解特性的影响,探究了油砂热解过程中挥发分的析出规律与主要气相产物H_2O、CO_2、CO、CH_4、CnHm的释放特性。结果表明:油砂热解过程分为干燥脱气段、低温热解和高温热解3个阶段,其中有机质挥发分的析出主要发生在低温热解段;随着升温速率的提高,油砂热解产物释放更加集中,热解特性趋好。油砂热解过程中先析出游离水,随后发生解聚和脱水反应,主要的烷基侧链不断脱落、环化及含氧官能团逐渐断裂生成各种烷烃类、羧酸类、醇类和醛类等物质,甲氧基(—O—CH_3)、亚甲基(—CH_2—)和甲基(—CH_3)在低温段(600℃)断裂振动生成有机气体C_nH_m和CH_4。     

纤维素与木质素共热解行为研究及产物分析

利用热重分析仪和居里点裂解-气相质谱联用仪进行纤维素和木质素共热解实验,研究纤维素和木质素共热解过程中的相互作用及热解产物分布情况.结果表明:纤维素与木质素共热解过程中存在明显的相互作用,与热解温度和混合比例具有一定相关性.纤维素质量分数较低(30%)时,木质素和纤维素共热解时促进残渣的形成,而抑制了气相产物的形成,并提高了酚的相对产率;纤维素质量分数较高(70%)时,木质素和纤维素在共热解过程中相互促进,抑制了固体残渣的形成和非芳基化合物的形成.在低温区(200～320℃),木质素易活化产生小分子,与纤维素共热解时形成相互促进的作用加速了热失重过程;在高温区,纤维素与木质素共热解促进了残渣的形成,抑制了热解过程.     

基于热重-红外联用技术的狼尾草热解过程分析

通过热重-红外联用技术在线分析研究了狼尾草在慢速升温条件下的热裂解行为和机理。结果表明,狼尾草的热分解主要发生在220～500℃,500℃以后热失重非常缓慢,在此温度下固体残留物的质量分数为5.33%。在线红外分析表明狼尾草热解产物主要有CO、CO2、烷烃、醛类、酸类等物质。根据热重曲线和红外谱图,将热解过程分阶段进行了热解动力学的研究,狼尾草热解3个阶段的活化能分别为301.51、88.39和330.58 kJ/mol。     

稻壳和稻草的热重-质谱分析及其反应动力学

采用热重-质谱(TG-MS)联用对比研究了氮气气氛中稻壳和稻草在升温速率分别为5,20℃/min时的热解行为,分析得到了稻壳和稻草热裂解过程产生的小分子气相产物(CO,CO_2,CH_4,H_2)随温度和升温速率变化的释放规律.结果表明:稻壳和稻草的热解过程可分为脱水干燥预热解阶段、挥发分析出快速热解阶段和残余物裂解炭化阶段;稻草热解总失重率约为75%,稻壳约为55%,而且稻草的热解特性指数高于稻壳;稻草热解释放生物质燃气主要成分(CO,CH_4,H_2)的离子流强度明显高于稻壳;用Coats-Redfern法计算生物质的热解动力学参数,表观活化能和挥发分初始析出温度均是稻草稻壳,这与实验结果吻合,表明相同条件下稻草的热解性能优于稻壳.     

基于热重-傅里叶红外联用的油泥砂热解过程

油泥砂是油田开采、运输、冶炼过程产生的危险固体废弃物,造成了大量的土壤、水体和大气污染,热解是实现油泥砂高效转化利用的有效方式之一。利用热重-傅里叶红外联用分析仪（TG-FTIR）开展了油泥砂热特性机理和产物析出特性研究。结果表明：油泥砂热解过程可分为水分和部分轻质组分析出、有机物质析出、碳酸盐化合物分解3个阶段;升温速率的升高,受传热传质影响,油泥砂内部热滞后现象导致热解失重,热重（TG）和微商热重（DTG）曲线整体向高温区移动;热解过程析出CH₄、CO、CO₂、烷烯烃和芳香烃类等可挥发性物质。     

木质素热裂解特性及动力学研究

利用热重分析仪与气相色谱/质谱联用仪(TG-GC/MS)对木质素进行了动态升温热裂解研究。利用傅里叶变换红外光谱仪分析木质素微观结构,得到不同升温速率下的热重曲线,研究表明,木质素高温热裂解可以分为3个阶段,分别为干燥失水阶段、挥发分析出阶段和炭化阶段;随着升温速率的增加,各个阶段的最大失重率所对应的温度均向高温侧轻微移动,并且失重程度也随之增加;升温速率对木质素热裂解挥发分析出阶段机理模型的选择没有影响,其热裂解反应机理是一级反应控制机理,木质素热裂解挥发分析出阶段在不同升温速率下的表观活化能为54~63 k J·mol-1;对TG-GC/MS的联用提出了新的见解,设计加装了空气驱动阀,获得了主要热裂解气体产物CO,CO2,CH4和H2在不同温度下的析出规律。     

抚顺油页岩热解特性及产物分析

为揭示油页岩的热解产物及热解特性参数,采用热重分析仪、红外分析仪和质谱仪对抚顺油页岩热解特性进行了实验分析.实验表明:油页岩的热解初始于200℃,在600℃基本结束,反应开始较为缓慢,反应峰值随升温速率不同,从10℃/min的455.13℃升高到60℃/min的496.38℃.反应活化能采用Friedman–Reich-Levi分析,低转化率下反应活化能比高转化率要小近70 k J/mol,说明在反应后期,热解反应进行较困难.结合红外数据和质谱数据,反应初期,油页岩热解产物主要为水,在反应中期,产物种类较多,主要的有机产物有芳香化合物、饱和烷烃、烯烃、芳香烃,同时有SO2和NO2和NH3等污染物.反应后期产物较反应中期在种类和量上都要少很多.     

不同粒径城市污泥热解和燃烧动力学研究

采用德国耐驰公司STA 409pc热重分析仪,对3个不同粒径的污泥颗粒(d≤0.25mm,0.25mm0.83mm)以升温速率20℃/min在纯氮和空气气氛中进行实验,并对污泥进行了元素分析和工业分析,对金属的含量进行测定.采用MATLAB 7.11.0(R2010b)中的surface fitting tool进行平面拟合的方法计算了相关的动力学参数.结果表明,污泥的热解可以分为3个阶段:水析出阶段(100～180℃)、挥发份热解阶段(205～550℃)和部分难挥发有机物与无机物的降解阶段(550～900℃).而污泥的燃烧可以分为4个阶段:水析出阶段(100～180℃)、挥发份的燃烧阶段(180～475℃)、碳燃烧阶段(475～595℃)和无机盐分解阶段(595～900℃).不同粒径下污泥热解第2阶段活化能约为48kJ/mol,反应级数为1.5～1.8.燃烧第2阶段的活化能约为33kJ/mol,反应级数为1.1～1.8.燃烧第3阶段活化能约为176kJ/mol,反应级数为1.1～1.2.     

夏威夷果壳热解特性实验研究

夏威夷果壳是一种农产品加工剩余物,随意处理会造成资源的极大浪费。采用同步热分析仪和红外光谱仪对夏威夷果壳的热解过程进行了研究,使用Coats-Redfern法计算了热解动力学。实验结果表明:夏威夷果壳的挥发分(78.67%)、木质素(42.81%)和C元素(47.45%)含量均较高,其主热解温度区间在275～410℃,热解总失重率为76.31%。随着升温速率的增加,热解反应的活化能和频率因子均增大,分别由58.737 kJ·mol~(-1)、11.689 min~(-1)增加到59.796 kJ·mol~(-1)、43.773 min~(-1),线性拟合系数均在0.99以上。傅里叶红外光谱仪对果壳热解固体产物进行了红外光谱分析,实验还表明夏威夷果壳的热解温度区间在300～500℃,热解过程主要是纤维素、半纤维素和木质素的解聚,与热重分析结果相一致。     

低次烟叶热解特性及动力学机理函数

采用固定床管式反应器,考察了热解温度对低次烟叶热解产物产率、组成的影响。利用热重分析仪,在不同的升温速率下对低次烟叶的热失重行为进行了研究,运用Coats-Redfern积分法、Flynn-Wall-Ozawa(FWO)积分法,结合双外推法确定其动力学机理函数。实验结果表明:随温度升高,热解油产率先增大,在400℃达到最大,为26.93%,然后开始下降;热解气产率不断增大;焦炭产率不断下降。热解油主要由酮类、酚类、呋喃类和含氮杂环化合物组成,热解气主要由CO、CO_2组成。低次烟叶的热解过程可以分为脱水干燥、快速热解和炭化3个阶段。主要热解区间第1段(T_0～T_(max))的最概然机理函数为D3(Jander方程),第2段(T_(max)～T_f)最可能的机理函数为D4(G-B方程)。