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。     

碱土金属和沙柳对煤热解过程中协同作用的影响

利用热重微差分析仪对碱土金属和沙柳对宝矿煤热解过程中的协同作用进行了探究。研究表明:当宝矿煤中加入沙柳时,在200～600℃,宝矿煤热解初温降低,热解区间变小,最大失重速率增加,失重比例增加;而在600℃以上时,沙柳对宝矿煤热解无明显影响。当宝矿煤中加入氧化钙时,在200～600℃宝矿煤热解初温无明显变化,但最大失重速率增加,且随氧化钙的比例增加,其变化效果越明显;在600℃以上时,氧化钙的加入可以进一步促进宝矿煤的热解,但氧化钙占比改变,对宝矿煤的热解区间,最大失重速率影响不大。将热力学数据按照Coast-Redfern积分法进行动力学拟合,其符合一级反应动力学模型,当在宝矿煤中加入氧化钙与沙柳后,可以显著降低宝矿煤的热解活化能。且随着氧化钙比例增加,活化能逐渐降低,指前因子变得更小,表明氧化钙和沙柳均对宝矿煤的热解过程产生了协同作用。     

PVC的热失重和热解动力学

热重法对PVC树脂的热解研究表明，热解过程可分为3个阶段，250～350℃为第一失重阶段、350～400℃为稳定阶段、400～550℃为第二失重阶段；升温速率对热解有较显著的影响，随升温速率的增加，Tb、Tf和Tm随之提高，但各阶段的失重率并不改变；气氛对热解有重要的影响，在含氧气氛中总失重约为100%，而氢气中的总失重最低。热解动力学研究表明，PVC的热解为一级反应过程，3个阶段的热解活化能受气氛影响稍有差异，分别为170～200kJ／mol、10～20kJ／mol和50～80kJ／mol，各阶段活化能的较大幅度变化说明各阶段热解反应机理是不同的。     

木材类Klason法木质素的结构表征及其热解特性

运用元素分析与红外光谱分析仪(FTIR)对Klason法提取的枫木及杉木木质素进行化学结构表征,发现枫木木质素比杉木木质素含有更多的紫丁香酚结构单元.利用热重红外联用分析仪(TG-FTIR)研究了2种木材木质素在动态升温条件下的失重特性及主要气体产物的析出过程,发现木质素热解过程主要分2个阶段,其中枫木木质素为148~268℃及295~494℃两个阶段,杉木木质素则为150~308℃及312~518℃两个阶段.第1个阶段的主要产物是酚类化合物及二氧化碳(CO2),第2个阶段则主要是甲烷以及甲醇的析出,一氧化碳(CO)的生成量也有所增加.基于实验分析,采用一级一阶模型计算枫木、杉木木质素热解2个阶段的动力学参数.     

城市污水污泥热解动力学研究

采用热重分析法对南京市江心洲污水处理厂的污泥进行了热解动力学研究．实验结果表明：干燥污泥的热解在以20℃／min的升温速率从20℃升至800℃的过程中有3个失重速率较高的阶段,以挥发分析出阶段为主．通过Coat s-Redfern指数积分法,求出了这3个阶段的化学反应动力学参数——频率因子A和活化能E,得到污泥的热解动力学方程．     

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)。     

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％.     

抚顺油页岩及其残渣的热解性能

用热重分析法研究了抚顺油页岩及其残渣的热解性质与热解动力学.结果显示,油页岩和油页岩渣的热解反应为两个过程:在常温~200℃,主要是水分的挥发,油页岩及其残渣中水的挥发量分别为2.446%和3.202%;在200~600℃,主要是固定碳的热解,失重率分别为16.048%和6.524%.采用Coats-Redfern方法得到了热解反应两个部分的动力学常数,抚顺油页岩的活化能分别为51.84和28.14 kJ/mol,频率因子分别为62.35和0.003 25 min-1;抚顺油页岩渣的活化能分别为36.62和55.05 kJ/mol,频率因子分别为0.009 76和0.341 min-1.另外油...     

松木在不同条件下热解失重规律实验研究

针对松木在不同条件下热解的失重规律,用热重分析法对松木的热解失重过程进行了系统研究。分析了松木样品在不同升温速率(5、10、20、30℃/min)和不同温度(200、250、300、350、400℃)条件下恒温4h热解的实验结果,发现松木样品的非等温失重过程由脱水、保持、剧烈失重和缓慢失重4个阶段组成,并且在相同条件下样品的质量对松木的热解过程有一定的影响。在恒温热解过程中,不同的恒温温度条件其失重曲线形态基本相似,但在200、250、400℃条件下恒温热解的热重曲线与300、350℃条件下恒温热解的热重曲线相比较较为平缓。研究结果,为研究松木的热解反应动力学模型及对其合理利用提供了一定的理论基础。     

木质素热解/炭化官能团演变与焦炭形成

为了深入理解生物质热解/炭化过程,制备功能型焦炭,采用热重红外联用仪研究了木质素热解/炭化官能团演变与焦炭形成,并对所形成焦炭进行了导电性测试.实验结果表明:木质素热解/炭化过程分为4个阶段:200℃以下为自由水的脱除阶段;200～ 500℃为热解阶段,焦炭开始形成;500～900℃时焦炭中C-C键和C-H键进一步断裂,苯环大部分已被解链或芳香族化,形成无定形炭,在此阶段,焦炭的电阻率迅速下降,由986 Ω·cm减小到0.6 Ω·cm;900～1400℃时,碳碳双键几乎完全消失,焦炭内部结构重组,形成了一种介于无定型结构和石墨结构之间的新结构,电阻率达到0.2Ω·cm,导电性进一步增强.     

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.     

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。     

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.     

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CoatsRedfern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TG-FTIR研究海藻与稻壳共热解协同耦合机理

为了研究大型海藻与木质类生物质的混合热解机理,基于热重-红外联用(TG-FTIR)技术,对条浒苔、稻壳及条浒苔+稻壳混合物(质量比为1∶1)进行热解试验.通过样品的微观结构分析可知,条浒苔主要成分为硫酸多糖、蛋白质等.通过热解热重试验研究可知,在样品的主要挥发分析出阶段,海藻表现为放热反应,其与稻壳共热解时也为放热,说明混合热解实现了能量的耦合;混合后热失重速率试验值相对理论叠加值有所提高,说明混合热解使各组分之间产生协同反应.通过在线红外光谱分析热解过程中的气体产物,可知条浒苔和稻壳在混合热解速率最大时羰基C=O和S=O析出峰增强,并产生伸缩振动的醚键C—O—C的特征峰.最后采用Coats-Redfern积分法对热解过程进行动力学分析,发现混合后反应的活化能降低,使得热解更易进行.     

含油污泥热解动力学研究

采用热重分析仪对含油污泥在氮气气氛下的热解特性进行实验研究,考察了不同操作参数下污泥的热重曲线和微分热重曲线。采用微分法对实验数据进行回归拟合,确定污泥热解机理方程,并求出反应动力学活化能和频率因子。实验结果表明,污泥的有机物热解阶段分为200-450℃和450-900℃;升温速率对污泥热解影响不明显,升温速率不同时,每个阶段活化能变化不大,热解第二阶段的活化能小于第一阶段的活化能;污泥的干燥程度对热解动力学参数影响较小。     

含油污泥热解动力学研究

采用热重分析仪对含油污泥在氮气气氛下的热解特性进行实验研究,考察了不同操作参数下污泥的热重曲线和微分热重曲线.采用微分法对实验数据进行回归拟合,确定污泥热解机理方程,并求出反应动力学活化能和频率因子.实验结果表明,污泥的有机物热解阶段分为200～450 ℃和450～900 ℃;升温速率对污泥热解影响不明显,升温速率不同时,每个阶段活化能变化不大,热解第二阶段的活化能小于第一阶段的活化能;污泥的干燥程度对热解动力学参数影响较小.     

福城煤的热解动力学研究

通过热重分析法对福城煤的热失重行为进行研究,并用Coats-Redfern法计算和比较不同升温速率下煤的热解反应活化能、指前因子.结果表明,升温速率对样品最终失重量没有明显影响;最大失重速率峰随升温速率升高向高温偏移;较低升温速率下热解反应受煤的结焦影响较大.福城煤热解可由3个独立的一级反应来表示;随着升温速率的增加,中间阶段活化能降低而第三阶段活化能增加,活化能与指前因子间存在动力学补偿效应.     

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。     

几种典型城市生活垃圾的热解特性和动力学分析

针对四种不同的城市生活垃圾原料:木屑、稻草、橡胶和塑料在不同升温速率(10、20、30、40℃/min)下进行的热重分析试验,探讨生物质热解的影响因素。通过热重曲线分析城市生活垃圾的热解规律,并使用阿伦尼乌斯公式和Coats-Redfern积分法计算热解反应动力学参数。研究结果表明:几种典型的城市生活垃圾热解过程分三个阶段:干燥预热、快速失重和缓慢失重阶段。随着升温速率的增加,热解曲线向高温区移动,升温速率升高对热解过程总失重量影响不大;但是提高升温速率会加快热解反应过程。塑料相对于其他三种物质热解失重峰值温度高出120℃以上,塑料的活化能远大于其他三种物质,是四种城市生活垃圾最难热解的物质。