石墨烯氧化过程中的热分析-质谱以及脉冲热分析方法研究

本文由氧化石墨烯通过水热法制备直接获得石墨烯。采用热重-差热分析方法检测了石墨烯受热过程中的质量变化和氧化温度。利用热分析-质谱联用技术在400-650 ℃温度区间得到了水和二氧化碳正离子质谱峰,这说明石墨烯氧化过程中的质量损失是由羟基水和二氧化碳脱除造成的。同时,还采用非等温热分析动力学方法,利用5、10、15 ℃·min^-1三种不同升温速率获得了石墨烯材料在空气气氛下的热分析动力学参数。通过Kissinger方法计算出石墨烯氧化过程中的活化能（E_a）和指前因子的对数（lg（A/s^-1））分别为155.11 kJ·mol^-1和6.90。利用Ozawa-Flynn-Wall （FWO）方法还建立了活化能和指前因子与反应转化率之间的关系。基于以上研究结果,本工作将对石墨烯在热界面、导热和先进复合材料等领域的应用提供参考价值。     

在线热裂解/气相色谱-质谱分析3-吡啶甲酸茴香酯的热裂解产物

采用在线热裂解/气相色谱-质谱(Py/GC-MS)联用技术对3-吡啶甲酸茴香酯进行热裂解分析。通过酰氯化和酯化反应合成了新型目标化合物3-吡啶甲酸茴香酯,其分子式为C14H14NO3。目标化合物的结构经核磁氢谱(1H NMR)、核磁碳谱(13C NMR)、红外光谱(IR)和高分辨质谱(HRMS)进行确证,并通过热重-微热重-差示扫描量热(TG-DTG-DSC)分析方法对目标化合物的热稳定性进行分析。在空气氛围中,将目标化合物分别于300,600,900℃下进行热裂解,并通过气相色谱-质谱法对其挥发性热裂解产物进行定性和半定量分析。研究显示:目标化合物共经历了两次失重过程。第一次失重在129.9~158.9℃之间,失重2.3%;第二次失重在158.9~274.9℃之间,失重达90.1%,230.1℃时失重率最大。热裂解共产生44种产物,包括具有香味特征的大茴香醛、对甲基苯酚、松油醇、D-香茅醇、大茴香醚和茴香醚等化合物。其中裂解温度对裂解产物的种类和相对含量具有明显影响。300℃时α-二去氢菖蒲烯的相对含量最高,600,900℃时,相对含量最高的分别是大茴香醛和对甲基苯酚。苯甲醛、茴香醚和大茴香醚的相对含量随着温度的升高呈先增加后降低趋势;而对甲基苯酚含量则随着温度的升高而增加。根据主要裂解产物及其相对含量的变化,对目标化合物的裂解机理进行了初步探讨。     

乙烯-丙烯酸丁酯共聚物热降解行为的TGA-FTIR研究

采用TGA-FTIR联用技术研究了乙烯-丙烯酸丁酯共聚物(EBA)的热降解行为和热降解的气相挥发物。结果表明,EBA具有较高的热稳定性,其热分解温度范围为330～480℃;在320～430℃之间EBA通过主链侧基上的酯裂解而生成1-丁烯,此阶段中热降解气相挥发物主要含有1-丁烯、CO2和含有丙烯酸酯的碎片,约在370℃时1-丁烯的生成量达到最大;450℃以上时,聚合物材料脱羧后的骨架发生降解,其挥发性的产物主要是低分子量的—(CH2)n—(n≥4)的链烷烃。体系中还有少量的CO生成。     

热分析-质谱联用中逸出气体的脉冲热分析定量方法

利用脉冲热分析技术(PulseTA)实现对热分析-质谱(TA-MS)联用系统中逸出气体质谱信号的定量,考察了多种实验参数如不同载气流速、温度以及分析样品量等因素对热分析-质谱联用系统中逸出气体质谱信号定量校正的影响.实验结果表明,利用PulseTA对TA-MS联用系统中逸出气体CO2定量结果与理论计算值的相对误差约2.85%.同时利用TG-DTG-MS联用技术对氮化铟(InN)粉体的热分解行为进行研究,在氩气气氛下InN粉体的热分解过程一步完成,InN粉体在550～750℃得到相应的正离子质谱峰:N2+(m/z=28),所释放的N非常接近InN中N的理论含量.利用PulseTA技术检测到InN粉体受热分解放出氮气质量的实验测量值与理论计算值的相对误差约为1.36%.     

紫外光-热双固化聚苯胺防腐涂料

以酸性磷酸酯为掺杂剂对本征态聚苯胺(EB)进行掺杂,制备了可在聚氨酯和聚氨酯丙烯酸酯中进行纳米分散的导电聚苯胺(ES),其粒径分布在80~750 nm之间可控。 在此基础上,制备了不含重金属的紫外光-热双固化聚苯胺防腐涂料。 该防腐涂料先后经过3~5 s紫外光固化和80 ℃下1~3 min的热固化,即可完成紫外光-热双固化过程。 由于ES与聚氨酯或聚氨酯丙烯酸酯之间是不相容体系,因此随着ES质量分数的增大,会导致ES的团聚,分散粒径增大。 当ES质量分数从1.0%增大到5.0%时,ES的粒径从80~119 nm增加到500~750 nm。 ES的分散粒径增大会导致防腐涂层的致密性变差,降低防腐效果。 与普通紫外光固化聚苯胺防腐涂层相比,当ES为1.0%时,紫外光-热双固化防腐涂层在质量分数为3.5%的NaCl水溶液中浸泡2160 h后,其0.1 Hz下的绝对阻抗值(|Z|_{0.1 Hz})仍高于1.0×10⁸ Ω·cm²,优于普通紫外光固化聚苯胺防腐涂层的|Z|_{0.1 Hz}(1.0×10⁷ Ω·cm²),表明紫外光-热双固化涂层的防腐效果有了显著改善。 经过500 h划叉中性盐雾试验后,普通紫外光固化防腐涂层的板面出现了锈蚀宽度小于1 mm的锈蚀,而紫外光-热双固化防腐涂层经过500 h划叉中性盐雾试验,板面没有出现生锈、起泡的现象,表明紫外光-热双固化路线对提高涂层的防腐性能具有较大的价值。     

5-氯水杨醛缩2,5-二甲基苯胺的液相生成反应的热动力学

采用RD496-CK2000微热量计测定了5-氯水杨醛缩2,5-二甲基苯胺(CHMB)的液相生成反应热动力学曲线。根据物理化学的基本原理推导的等温等压下不可逆化学反应的热动力学研究方程,计算了该反应的热动力学参数(活化焓、活化熵及活化自由能)、速率常数和动力学参数(表观活化能、指前因子及反应级数)。     

热裂解-气相色谱-质谱法分析烟用咖啡颗粒热裂解特性

利用热裂解-气相色谱-质谱联用分析烟用咖啡颗粒的热裂解特性。分别于150、200、250、300、350℃对烟用咖啡颗粒进行热裂解分析，同时针对不同水分含量和粒径的咖啡颗粒在同一温度下进行热裂解成分分析。结果显示，随着温度的升高，热裂解产物逐渐增多，释放物质的种类逐渐也逐渐增多，在250℃时咖啡颗粒生成关键致香成分占比较高。不同水分含量和粒径的咖啡颗粒在250℃裂解时，水分越高，裂解产物中烟碱含量占比越高，烟气越充足；粒径越小，裂解产物中咖啡因和烟碱的总量越大，香气质量也越高。该试验为咖啡颗粒在卷烟中应用时的温度设计和香气品质改善提供理论依据。     

固定化嗜热酯酶催化拆分(R,S)-2-甲基-1-丁醇

利用帆布固定化嗜热酯酶APE1547(3)在非水介质中催化转酯化反应进行酶促拆分(R,S)-2-甲基-1-丁醇制备(S)-2-甲基-1-丁醇(4).初步探讨了溶剂、酰基供体、温度及底物配比对3的催化活力(EA3)′与4对映选择性比率(E4)的影响.在最佳拆分条件下,EA3 =0.53 μmol·min-1·mg-1,E4=15.4.3套用8次后仍然保持较高的催化活性.     

单脉冲激波管中1,2-二氯乙烷的热裂解

在单脉冲激波管上,研究了1,2-二氯乙烷的热裂解.实验的激波条件为:温度区间1020 K＜T＜1190 K, 压力: P=0.12 MPa,实验时间τ=0.5 ms;实验气体为1,2-二氯乙烷稀释于Ar气中(3.95 mmol/L).以4-甲基-1-环己烯作为对比速率法实验的内标物,用4-甲基-1-环己烯开环反应的速率常数k=1015.3exp(-33400/T) s-1,以及从其产物的浓度推定出实验温度.经激波加热后的实验气体的终产物用气相色谱分析出主要成分为C2H3Cl,指示出主要反应通道为β消去反应.如把所有产物C2H3Cl都归于β消去反应,则可推定出表观之反应速率常数k1a=5.0×1013exp(-30000/T) s-1.对于由C-Cl键断键反应引发的链反应的可能影响做了分析研究.用了一种简便分析可推知在实验的温度范围内的低端(1020 K)链反应的影响可以忽略,而在其高端(1190 K)链反应将给出10%的终产物C2H3Cl的附加浓度,获得真实的β消去反应速率常数则必须把这部分予以扣除.经过这样的校正之后,最后得到CH2ClCH2Clβ消去反应速率常数为k1c=2.3×1013exp(-29200/T) s-1.     

热重分析-傅里叶变换红外光谱法研究橡塑海绵的热氧降解

采用热重分析-傅里叶变换红外光谱法(TGA-FTIR)研究了空气中橡塑海绵的热氧降解行为。考察了材料在3个不同升温速率下的失重情况,并对材料失重过程逸出的气体进行了分析。结果表明:橡塑海绵有两个失重阶段,随着升温速率的增大,材料的失重速率增加,最大失重速率温度有所升高;第一失重阶段是橡塑海绵中丁腈橡胶(NBR)和聚氯乙烯(PVC)官能团的热解,主要生成氯化氢及氰酸类气体;第二失重阶段是橡塑海绵中碳链的热氧降解,主要生成二氧化碳。     

新型潜香类化合物N-(2,3-吡嗪二甲酰基)-丙氨酸甲酯热裂解气相色谱-质谱分析

采用在线热裂解-气相色谱-质谱联用技术(Py-GC-MS)分析了潜香吡嗪类化合物N-(2,3-吡嗪二甲酰基)-丙氨酸甲酯的热裂解行为。首先通过对2,3-吡嗪二羧酸酰胺化反应合成了新型目标化合物N-(2,3-吡嗪二甲酰基)-丙氨酸甲酯,其结构经X射线单晶衍射(XRD),1H NMR,13C NMR,IR和HR-MS证实,然后在空气氛围中,对目标化合物分别在300,600,900℃下进行热裂解,并通过GC-MS对其挥发性热裂解产物进行定性和半定量分析。结果表明:1裂解形成了包括具有香味特征的吡嗪类、大茴香醇和大茴香醛在内的裂解产物共48种。不同温度下挥发性热裂解产物的类型和相对含量不同,300℃和600℃时相对含量最高的均为乙酸,而900℃时相对含量最高的为吡嗪,且与300℃和600℃裂解条件相比所形成的吡嗪类衍生物种类较多,相对含量较高。2在具有香味特征的裂解产物中,大茴香醇的相对含量随温度升高而升高,而大茴香醛和苯甲醛的相对含量则呈现随着温度升高而降低的趋势。基于目标化合物的热裂解产物的定性及定量变化情况,初步探讨了该物质可能的裂解机理。     

2-(5-溴-2-吡啶偶氮)-5-二甲氨基苯胺激光热透镜光谱法测定微量钯

基于2-(5-溴-2-吡啶偶氮)-5-二甲氨基苯胺(5-Br-PADMA)与钯(II)的高选择性显色反应,建立了激光热透镜光谱法测定微量钯的新方法。在0.6 mol/L HClO4介质中,于室温下放置10 min,Pd(II)与5-Br-PADMA反应形成稳定的青蓝色配合物,其最大吸收波长位于611 nm处,与所用He-Ne激光器输出波长632.8 nm能较好匹配。钯质量浓度在5~150 ng/mL范围内与激光热透镜信号强度呈线性关系,检出限为1.6 ng/mL,以工作曲线的斜率计算,灵敏度较光度法提高115倍。常见金属离子及10倍量的铂、铑、铱、钌、锇和金等贵金属离子不干扰钯的测定,方法具有良好的选择性。本法应用于催化剂、矿石和合金中钯的测定。     

热裂解-气相色谱-质谱联用技术研究多羟基吡嗪的热裂解行为

采用热裂解-气相色谱-质谱联用技术（Py—GC-MS）,选择不同温度,在空气存在的条件下对烟叶重要组分多羟基吡嗪进行了热裂解挥发性成分分析,结果表明：该方法具有较好的重复性（相对标准偏差〈1．1％）;不同温度下挥发性的热裂解产物不同;该化合物的热裂解能够产生吡嗪类化合物,而且,随着热裂解温度的升高吡嗪类化合物的含量增加。在挥发性的热裂解产物中,在300℃时吡嗪类化合物只占8．35％,吡啶类化合物占19．07％;在600℃时吡嗪类化合物占16．96％,吡啶类化合物占30．58％;在900℃时吡嗪类化合物占21．61％,吡啶类化合物占27．08％。     

热裂解-气相色谱-质谱法鉴别生物可降解塑料

目前生物可降解塑料主要采用堆肥降解测定其生物降解性能的方法进行鉴别,其检测周期长、费用较高。材料的组成基本决定了其生物降解特性,为了快速鉴别生物可降解塑料,采用热裂解-气相色谱-质谱法(PY-GC-MS)对以聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯(PBAT)与不同质量比的其他成分包括生物可降解聚乳酸(PLA)、难降解材料聚苯乙烯(PS)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)混合样的裂解特征进行了研究。结果显示,PBAT的裂解特征峰明显,未受到PLA的影响;若在PBAT中添加质量分数1%的非降解材质PS和PET也可被检出。方法用于市场上收集到的标识为可降解塑料购物袋样品的分析,结果表明,采用PY-GC-MS可以快速对可降解塑料进行初步鉴别。     

1,3,5-三硝基-六氢化-1,3,5-三嗪-2(1H)-酮(Keto-RDX)新法合成、晶体结构和热性能研究

研究了1,3,5-三硝基-六氢化-1,3,5-三嗪-2(1H)-酮(Keto-RDX)的合成新方法,以乌洛托品和硝基胍为原料,通过Mannich反应得到2-硝亚胺基-六氢化-1,3,5-三嗪盐酸盐(NIHT·HCl),用HNO3/AC2O硝化可得Keto-RDX,并采用核磁共振、红外、质谱以及元素分析等进行了结构表征.培养了Keto-RDX单晶,晶体结构解析表明:晶体属于正交晶系,空间群Pnma,晶胞参数a=1.0057(17)nm,b=1.3483(2)nm,c=0.5982(10)nm,V=0.8112(2)nm3,Z=4,Dc=1.933 g/cm3,μ=0.188 mm-1,F(000)=480.差示扫描量热(DSC)法和热失重(TG/DTG)法分析表明,Keto-RDX分解峰温为211.4℃(DSC),在185.00～202.79℃为固相分解阶段,峰温为198.61℃,质量损失为21.45%,在202.79～230.00℃为液相分解阶段,质量损失为77.83%,峰温为213.78℃,热稳定性较RDX差.     

2-（5-溴-2-吡啶偶氮）-5-二甲氨基苯胺激光热透镜光谱法测定痕量铑的研究

基于铑(Ⅲ)与2-(5-溴-2-吡啶偶氮)-5-二甲氨基苯胺(5-Br-PADMA)的高灵敏显色反应,建立了激光热透镜光谱法测定痕量铑的新方法。实验表明,在pH 3.6～6.0的HAc-NaAc缓冲介质中,Rh(Ⅲ)与5-Br-PADMA显色形成紫红色铑络合物;继续以1.2 mol/L HClO4酸化后,可转变为另一种具有较高吸收特性的绿蓝色质子化型体,其最大吸收波长位于612 nm处,与所用He-Ne激光器的输出激光波长(632.8 nm)能较好匹配。铑的质量浓度在5～140μg/L范围内与热透镜信号强度呈良好的线性关系,检出限(S/N=3)为1.1μg/L。该方法灵敏度高、选择性好,用于铑炭催化剂中痕量铑的测定,结果满意。     

裂解气相色谱-质谱法对黄芩浸膏热裂解产物分析

采用热失重分析法(TGA)和在线热裂解气相色谱-质谱法(Py-GC-MS)研究了黄芩浸膏热裂解性质。在氦气氛围中,将黄芩浸膏分别在300,450,600,750,900℃下进行热裂解,并以气相色谱-质谱法对其裂解产物进行定性和半定量分析,并用黄芩浸膏进行了卷烟加香试验。结果表明:①在热失重曲线图中不能较明显地看出黄芩浸膏的较大失重点;②黄芩浸膏在上述温度下检测到的主要挥发性热裂解产物分别为12,18,28,42,40种;③600℃以下,黄芩浸膏热裂解产物主要是醛类、酮类、酯类和呋喃类物质;有害物质的量随着温度的升高而提高;900℃时,则主要为苯、甲苯、萘等有害成分;④黄芩浸膏具有提高卷烟香气质量、改善余味、柔和烟气的作用。     

热脱附-气相色谱-质谱法筛查分析溶剂型涂料中挥发性有机化合物

为检测溶剂型涂料中挥发性有机物(VOCs)的释放量,利用1m~3气候箱,在温度(23±2)℃和相对湿度(50±5)%、箱内空气换气率为1次·h~(-1)的条件下,以钢化玻璃板(30cm×30cm)为基材,将涂料样品(约10g)涂覆在玻璃板上,置于气候箱中,关闭箱门并开始计时。此前已将老化的Tenax TA吸附管靠近吸附剂的一端与气候箱连接,另一端与采样连接,调节流量为0.20L·min~(-1),采集2h时的空气样品。将吸附管放入热脱附-气相色谱-质谱仪器系统中,按工作条件对65种VOCs进行分离和测定。样品经热脱附并流经HP-VOC色谱柱,恒压模式,在35～250℃之间程序升温进行VOCs的分离,进入质谱仪,在电子轰击离子源(EI)全扫描模式进行测定。试验结果表明:二氯甲烷、四氯化碳和乙二醇的信号较弱,标准曲线的线性不佳,其余62种VOCs的标准曲线的线性范围均在0.01～0.20μg之间,其检出限(3S/N)在0.018～0.25μg·kg~(-1)之间,此62种VOCs的加标回收率在85.0%～116%之间。对市售的8种溶剂类涂料,按本方法进行筛查和分析,被检出频次较高的为芳香烃、醇、烷烃、酯醚等4大类;从所检测得到的VOCs的含量可见,其中芳香烃和酯醚类VOCs的释放占大部分,8种涂料第2h采样VOCs的释放总量分别为2.51,2.29,1.54,1.47,1.64,13.01,3.37,17.14mg·kg~(-1)。     

热重-差示扫描量热法研究金属铝盐与载体的相互作用

通过浸渍法将相同负载量的不同类型的金属铝盐负载在介孔分子筛HMS内外表面,用热重-差示扫描量热(TG-DSC)法研究了金属铝盐热性质的变化。将负载型金属铝盐干燥、焙烧,得到负载型催化剂Al2O3/HMS样品,用X射线衍射(XRD)、N2吸附-脱附等手段对样品进行了介孔结构表征,并初步考察了催化剂上烷基化反应的活性。实验结果表明:负载金属盐的起始分解温度均高于金属盐,证明了金属盐与载体之间有相互作用。Al2O3/HMS催化剂在对苯二酚烷基化反应中表现出不同的催化活性。这种催化活性的高低与催化剂比表面积、孔容的大小没有相应的顺变关系,与负载金属盐与载体的相互作用有关,相互作用越弱,催化剂在烷基化反应中表现出的催化活性越高。