低变质煤-循环煤气微波共热解研究

低变质煤干馏热解生产兰炭、煤焦油、煤气被认为是其清洁高效转化利用的最佳途径。现有主流生产工艺普遍对原煤具有一定的粒度要求,煤焦油产量较低、质量不高,煤气中H₂,CH₄,CO等有效组分含量较低。为进一步提高低变质煤热解时煤焦油收率和质量,提出将微波热解低变质煤产生的煤气循环通入微波热解反应器中,进行低变质煤-循环煤气微波共热解。结合FTIR及GC-MS等对热解产品的分析表征,系统考察了微波功率、热解时间、煤样粒度对热解产品收率及组成的影响。研究结果表明： 低变质煤在循环煤气流量为0.4 L·min-1、微波功率为800 W、热解时间为40 min、煤样粒度为5～10 mm的工艺条件下热解,所得固体产品兰炭收率达62.2%,液体产品（煤焦油和热解水）收率达26.8%。不同微波功率及热解时间下所得兰炭红外谱线基本重合; 不同粒度煤样热解所得兰炭中—OH,CO, CC和C—O官能团含量差别较大。提高微波功率、延长热解时间、减小煤样粒度均有利于煤焦油的轻质化。     

利用TG-FTIR联用技术对Kevlar纤维的热解过程的分析

现代工业应用与技术领域要求材料具有良好的机械性质与热学性质,Kevlar纤维做为近年来材料领域研究的热点纤维材料,具有高强度、耐高温等良好的性能。纤维材料的性质依赖于自身的结构和组成,热分解过程对于研究材料的结构和热学性质有着十分重要的意义。热红联用技术做为一种新型的联用技术,既能定量又能定性地进行分析,在研究材料的热分解过程中具有明显的优势。由于Kevlar纤维的热分解过程在文献中少有报道,本文首次利用TG-FTIR联用技术对Kevlar纤维在室温到800 ℃的热解过程进行分析,得到了Kevlar纤维热解过程的详细步骤及各个步骤的反应产物。结果表明,Kevlar纤维的热解经历了3个阶段,分别为100～240,240～420,420～800 ℃。在500 ℃之前Kevlar纤维失重很缓慢,第三个阶段是纤维的主要失重阶段,最终固体的残留质量为56.21%。红外光谱数据表明,Kevlar纤维热解过程先释放出游离水,随后发生脱水反应和解聚反应,使纤维分子链断裂。最后纤维碎片进一步反应生成小分子气体,水、氨气、一氧化碳、二氧化碳为主要产物。其中水的析出量逐渐增大;氨气的析出量保持基本一致;一氧化碳仅在515～630 ℃产生,随后即氧化生成二氧化碳;二氧化碳的析出量经历了一个由于一氧化碳转化而产生的增长后,又下降到一定值保持稳定。     

煤直接液化残渣热解过程气体产物的析出

采用热重-红外联用(TG-FTIR)技术研究了煤直接液化残渣(DCLR)的热解特性,重点对其热解过程气体的析出规律进行了分析讨论。研究表明,液化残渣热失重分为三个阶段,在405.10 ℃以前为残渣热解第一阶段;405.10～523.83 ℃主要为高沸点油和沥青质等的大量热分解阶段,当温度达到478.45 ℃时,失重速率达到最大值,此时失重量约占总失重的40.27%;523.83 ℃以后残渣的失重曲线较为平缓,失重量约占总失重的50.55%,主要由产物的二次分解和矿物质的热分解所造成。热解过程气体产物的析出也分为三个阶段,第一阶段主要释放的是H₂O和CO₂,第二阶段中析出的主要为CO₂,CH₄,CO、H₂O和少量SO₂,同时在458.4～791.9 ℃范围内伴随着焦油的大量析出,第三阶段主要是CO₂,CO和H₂O的析出。CO₂的释放主要归功于含氧杂环或OCO等含氧基团的断裂,而CO的释放主要由醚键以及含氧杂环热分解造成,脂肪烃的热分解是CH₄释放的主要原因。     

超细煤粉热解时轻质烃的析出规律

将不同的煤种在管式炉中,分别进行程序升温热解,利用气相色谱对热解气中轻质烃的析出规律进行了在线分析。分析结果表明:热解产物轻质烃的成分主要由以CH4为主的混和气态烃组成;在相同的热解条件下,轻质烃的热解析出速率随着煤种碳化程度的增高而明显降低,随着煤粉粒径的减小而逐渐升高;轻质烃热解析出高峰的温度随着煤种碳化程度的增高而明显增高,随着煤粉粒径的减小而逐渐降低。     

煤温和热解过程中汞释放形态及分布规律研究

本文选取两种贵州高汞煤,在200～800℃的温度范围内,采用程序升温反应系统加热,利用美国EPA推荐的Ontario-Hydro方法捕捉不同形态汞。研究了在N₂气氛和微氧化性气氛下温和热解过程中汞的释放和形态分布规律。实验结果表明:温度是影响煤温和热解过程中汞释放的主要因素,煤中汞释放率随着温度的升高而明显升高,当热解温度为600℃时,汞释放率可达90%左右。在微氧化性气氛下,汞的释放率随着氧气体积分数的升高而增大。元素汞（Hg⁰）是气态汞释放的主要形态,热解停留时间及热解气氛对气态汞的释放形态也存在影响较大。     

不同变质程度煤燃烧反应性及FTIR分析其热解过程结构变化

利用TG/DTA 6300的热重分析仪对胜利褐煤(SL)、神华烟煤(SH)与塔旺陶勒盖无烟煤(TT)三种不同变质程度的原煤进行空气气氛下燃烧反应;通过FTIR(傅里叶变换红外光谱)分析了三种煤样及不同终温下固定床热解半焦的官能团组成;运用数学高斯函数对FTIR曲线重叠吸收峰进行分峰拟合,利用拟合峰面积计算FTIR的芳香度指数(R)、芳香结构稠合指数(D)及有机成熟度指数(C)结构参数。结果表明： SL,SH与TT煤着火温度分别为299.3,408.2及441.0℃;最大失重速率峰温度分别为348.6,480.5及507.0 ℃,即随煤样变质程度的不同,着火点和最大失重速率温度都不同程度提高。煤中官能团结构较复杂,不同变质程度的煤样的红外光谱曲线中均可以观察到羟基(—OH);脂肪烃(—CH₂,—CH₃);芳环(CC); 含氧官能团(CO, C—O)等主要官能团的振动吸收峰。随着热解炼焦温度的升高,三种煤样中脂肪烃类(—CH₂—,—CH₃)红外振动吸收峰均逐渐减小;炼焦后CO在1 700 cm-1伸缩振动峰在炼焦温度到达550 ℃时基本消失;SL原煤样在1 000～1 800 cm-1 含氧官能团吸收峰区域红外曲线更为复杂,随炼焦温度升高较之其他煤样变化最为显著;而SH及TT煤芳环CC吸收峰在温变过程中峰位及峰强度均无显著变化。通过R,D及C值随热解终温的变化曲线,三种变质程度煤在热解反应过程中主体官能团变化趋势存在差异。     

TG-FTIR技术对水氯镁石结晶热解过程的研究

水氯镁石脱水是镁资源利用的关键.其中一种重要的方法是向水氯镁石中添加助剂形成复盐及络合物脱水.通过缓慢冷却水氯镁石及盐酸苯胺的过饱和水溶液制备了水氯镁石-盐酸苯胺结晶物.通过TGDTA-FTIR联用技术分析了盐酸苯胺、水氯镁石以及盐酸苯胺-水氯镁石结晶物的热解过程,定性检测每步分解的逸出气体以推测反应过程.结果显示:盐酸苯胺在400℃以前仅发生物理变化;水氯镁石的热解分阶段进行,205℃以前发生脱去四个结晶水,205℃以后在脱水反应的同时发生水解反应生成HCl;盐酸苯胺-水氯镁石结晶物分阶段脱水、脱盐酸苯胺,整个过程没有水解现象发生,能够得到高纯度无水氯化镁.     

煤颗粒热解的传热传质分析

采用分布活化能模型及能量守恒方程对煤颗粒热解的传热传质过程建立数学模型,模型考虑煤热解的吸热效应及挥发分逸出时对流换热的影响.与有关煤粉和大颗粒煤热解的实验数据对比,对模型进行验证.针对煤颗粒的温度变化过程和煤热解过程进行数值分析,研究煤热解的吸热效应、挥发分气体逸出的对流效应、颗粒尺寸等参数的影响.     

岩浆接触变质煤结构特征的谱学研究

为了探讨岩浆侵入对煤结构参数的演化规律,对淮南煤田朱集区13-4钻孔内岩浆接触带两侧的4个煤样品进行了X射线衍射和激光共焦显微拉曼光谱测试和分析。结果表明：煤的XRD光谱均显示出较高的背景强度,在26°与42°附近出现明显的石墨衍射峰;煤的拉曼光谱在1 000～2 000 cm-1波数范围内有两个明显的振动峰,分别为宽缓的D峰(1 328～1 369 cm-1)和尖锐的G峰(1 564～1 599 cm-1)。在岩浆侵入的影响下,煤结构参数的变化与煤级的变化有很好的相关性。     

热解条件对煤中微量元素挥发性影响的实验研究

针对神府、北宿煤,在箱式高温电阻炉和快速热解设备上进行了慢速、快速高温热解实验,采用ICP-MS法对实验样品进行了微量元素含量测定,计算了Se,As,Cd,Ga,Pb,Zn,Ba,Cr,Be,Ni,Sr,Hf等元素的挥发率.研究了高温制焦过程中有害微量元素的挥发性规律.在950～1400℃温度范围内,部分微量元素的挥发率随热解终温的升高而增大;神府煤慢速、快速热解过程中,元素的挥发性规律较相似;慢速升温热解时微量元素的挥发率较大.北宿煤变质程度高于神府煤,热解过程中微量元素的挥发性降低.     

傅里叶变换红外测定氧化淀粉的羧基含量初探

采用傅里叶变换红外测试氧化淀粉中的羧基含量,以国标法测得的羧基含量为纵坐标,谱图中羰基吸光度与C—H键吸光度比值为横坐标绘制得到标准曲线。对未知氧化淀粉产物进行红外测试,得到吸光度比值通过标准曲线方程,计算其羧基含量,得到的羧基含量与采用国标法测试的羧基含量进行对比,误差在2%～4%之间。为了提高实验的准确度,选取标样绘制标准曲线时,必须保证待测氧化淀粉的羧基含量在标准曲线计算的极限值范围之内,且偏离标准曲线的极限值。与国标法测试羧基含量相比,采用红外测试,方法简单易操作,效率高,准确度好。因此采用红外光谱测试方法对氧化淀粉的羧基含量的预测具有一定重要意义。     

黑米花色苷酰化修饰红外光谱分析

黑米花色苷易受外部环境影响发生降解致使局部分子结构破坏而使营养价值和保健功能有所下降。利用有机酸提供酰基对黑米花色苷进行修饰来提高花色苷结构的稳定性。利用红外光谱分析经咖啡酸酰化修饰黑米花色苷的结构变化。结果表明：黑米花色苷酰化修饰前后于官能团区3 650~3 200和1 680~1 620 cm-1处均有吸收峰,且其于指纹区1 282.68和1 277.51 cm-1处出现酚羟基吸收峰,于1 056.07和1 054.03 cm-1处出现醇羟基吸收峰,719.90和719.71 cm-1处出现苯环上C-H面外弯曲振动吸收峰。由此可见,黑米花色苷酰化修饰后主要结构框架仍为花色苷的芳环结构。此外,黑米花色苷酰化修饰前后于1 900~1 650 cm-1间1 714.28和1 728.13 cm-1处均出现共轭羰基的特征吸收峰,对应于可直接连接在苯环上的α-羰基结构,由此说明黑米花色苷结构中存在着酰基基团。黑米花色苷经酰化修饰后红外图谱于1 517.20 cm-1处出现新吸收峰,其正好处于1 800~900 cm-1双键(不含氢)伸缩振动区,指纹区876.65 cm-1处亦出现了苯环上的C-H面外弯曲振动吸收峰。与之相呼应在经二阶导数处理后红外光谱图中在2 500～2 000 cm-1间出现了新的波动,此波段为累积双键伸缩振动区,而官能团区3 650~3 200 cm-1间3 370.20 cm-1处的吸收峰正好处于多分子缔合区。由此可见,在咖啡酸作为酰基供体,酰化修饰黑米花色苷时由于分子间的重新缔合于结构中引入了新的酰基基团而呈现出一种双酰化的空间结构。黑米花色苷酰化结构中有机酸与糖链相连,将有机酸置于2-苯基苯并吡喃骨架的表面,这种堆积作用模式可以较好地抵抗水的亲核攻击和其他降解反应进而提高黑米花色苷结构的稳定性。     

13种易制毒化学品红外光谱快速定性分析

建立了可用于13种易制毒化学品快速定性鉴定分析的衰减全反射傅立叶变换红外光谱（ATR-FTIR）方法。长期以来,由于缺乏定性判别依据,红外光谱法仅被用于快速定性筛查分析。为扩大红外光谱法在法庭科学领域的应用,本研究收集并分析了152份各类缴获麻黄碱样品,对匹配度系数法和特征吸收峰法这两种定性判别依据进行了考察和比较。麻黄碱样品与标准品的匹配度系数区间为0.437～0.981,整体趋势为纯度越高匹配度系数越高,但匹配度系数与纯度并不成线性关系,所以匹配度系数的阈值很难确定。特征吸收峰的挑选原则为在2 500~650 cm-1范围内挑选8个相对吸收强度较高且不受常见掺杂物干扰的吸收峰。当以全部特征吸收峰均检出为阳性检出依据时,152份麻黄碱样品的阳性检出率为98.7%。综合评价结果表明采用特征吸收峰法作为判别依据,专属性强、适用范围宽、定性结果准确可靠。确定了1-苯基-2-丙酮、3,4-亚甲基二氧苯基-2-丙酮、胡椒醛、N-乙酰邻氨基苯酸、邻氨基苯甲酸、麻黄碱、伪麻黄碱、3-氧-2-苯基丁腈、1-苯基-2-溴-1-丙酮、N-苯乙基-4-哌啶酮、4-苯胺基-N-苯乙基哌啶、1-苯基-1-丙酮、N-甲基-1-苯基-1-氯-2-丙胺这13种易制毒化学品的特征吸收峰。采用基于特征吸收峰的ATR-FTIR法对易制毒化学品进行快速定性鉴定分析,将极大提高易制毒化学品定性检验的鉴定效率、降低检验鉴定成本。     

41个茶花品种基因组DNA傅里叶变换红外光谱

研究的目的是通过全基因组DNA的傅里叶变换红外光谱(FTIR)对41种茶花品种进行聚类分析和品种鉴定。研究发现,41个茶花品种基因组DNA的FTIR光谱不同,方差分析显示,各茶花品种FTIR数据之间的差异显著,因而,红外光谱可以作指纹光谱鉴定茶花。通过系统聚类结合主成分分析,建立了41种茶花品种的标准聚类和识别模型。41种茶花品种基因组DNA样本的平均光谱的聚类正确率为92.68%,品种鉴定准确率为100%。聚类结果表明,在1.0聚类距离,41个山茶品种可分为9个类别,在15.0聚类距离下可分为3个大类。亲缘关系分析表明,滇山茶中的楚雄居群来自楚雄、腾冲和大理。结果表明：基因组DNA的FTIR光谱数据的系统聚类结合主成分分析可用于茶花快速分类和鉴定。     

Identification of Plant-Pathogenic Fungi Using Fourier Transform Infrared Spectroscopy Combined with Chemometric Analyses

Identification of plant-pathogenic fungi is time-consuming due to cultivation and microscopic examination and can be influenced by the interpretation of the micro-morphological characters observed. The present investigation aimed to create a simple but sophisticated method for the identification of plant-pathogenic fungi by Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy. In this study, FTIR-attenuated total reflectance (ATR) spectroscopy was used in combination with chemometric analysis for identification of important pathogenic fungi of horticultural plants. Mixtures of mycelia and spores from 27 fungal strains belonging to nine different families were collected from liquid PD or solid PDA media cultures and subjected to FTIR-ATR spectroscopy measurements. The FTIR-ATR spectra ranging from 4 000 to 400 cm-1 were obtained. To classify the FTIR-ATR spectra, cluster analysis was compared with canonical vitiate analysis (CVA) in the spectral regions of 3 050～2 800 and 1 800～900 cm-1. Results showed that the identification accuracies achieved 97.53% and 99.18% for the cluster analysis and CVA analysis, respectively, demonstrating the high potential of this technique for fungal strain identification.     

甲基苯丙胺、氯胺酮、海洛因、可卡因 红外光谱快速定性分析方法研究

建立了可用于甲基苯丙胺、氯胺酮、海洛因、可卡因快速定性鉴定分析的衰减全反射-傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)方法,采用特征吸收峰作为定性判别依据。长期以来,由于缺乏合适的定性判别依据,红外光谱法仅被用于毒品的快速定性筛查分析。为扩大红外光谱法在禁毒领域的应用,收集并分析了1 380份各类缴获毒品样品,对特征吸收峰法和簇类独立软模式法(SIMCA)两种定性判别方法进行了考察和比较。在标准品化合物红外光谱图的2 500~650 cm-1范围内挑选5~8个相对吸收强度较高且不受常见掺杂物干扰的吸收峰作为特征吸收峰。采用特征吸收峰法(全部特征吸收峰均检出)作为定性分析依据时,646份验证样品的阳性检出率为98.1%。采用516份建模样品建立了不同盐型毒品的SIMCA定性判别模型,并对646份验证样品进行了定性分类,总识别率为95.4%,拒绝率为100%。结果表明,特征吸收峰法和SIMCA法均具有专属性强、定性结果准确可靠的特点;但特征吸收峰法操作简单,即使是没有红外光谱知识背景的一线民警在经过简单培训后也可掌握,利于推广和普及;而SIMCA模型的建立需要大量有代表性的建模样品和专业的数理统计软件,推广和普及难度较大。基于特征吸收峰的ATR-FTIR法将极大提高我国毒品样品定性检验的鉴定效率、降低检验鉴定成本。     

缺钙胁迫下花生植株的傅里叶红外光谱研究

钙(Ca)是植物必需营养元素之一,对植物的生长、发育与生理代谢等起着重要作用。缺钙会减少作物的产量,降低品质,因此影响经济价值。花生(Arachis hypogaea)是对缺钙很敏感的作物。试验选取LH11与YZ9102两个花生品种为供试作物,待花生幼苗长出第一片真叶以后,转移至营养液中,分别在三个钙处理(0,0.01和2.0mmol·L-1)下培养28d,随后取样分析花生幼苗生长情况与钙吸收,并利用傅里叶红外光谱(FTIR)检测花生苗期植株不同器官的特征吸收峰,研究缺钙胁迫下花生苗期植株体内的化学组分变化。试验结果表明:在0和0.01 mmol·L-1钙处理下,花生品种YZ9102并未出现缺钙症状,但是品种LH11缺钙症状明显:叶片变小、植株变矮、茎尖顶端生长点坏死,基部侧枝数增多。品种YZ9102植株体内与LH11相比较,有较高的钙浓度与钙积累量。0和0.01mmol·L-1的钙缺钙营养液培养下,品种LH11根系钙积累量在整个植株中所占比例较高,而品种YZ9102在叶中钙积累比例较高。与正常钙供应处理相比,缺钙胁迫下,品种LH11根、茎、叶FTIR谱在1 060,1 380,1 655,2 922和3 420cm-1波长附近透射率较高,表明缺钙胁迫下花生幼苗植株体内蛋白质、糖类和脂类等组分明显降低,但品种YZ9102受到缺钙胁迫影响较小。品种YZ9102比LH11更耐缺钙胁迫。     

傅里叶变换近红外反射用于鸡蛋蛋品质的研究

鸡蛋的无损检测技术一直以来都是蛋品质检测领域的重要研究课题,建立相应的检测技术对蛋鸡育种和蛋品质监测具有实际意义.文章利用近红外光谱仪测定保存时间不同的鸡蛋,探讨了蛋白高度、哈氏单位、气室直径、气室高度近红外模型的可行性,并运用无偏最小二乘法建立了鸡蛋蛋白高度、鸡蛋气室直径、气室高度的近红外测定模型,蛋白高度、气室直径与气室高度的测定模型的决定系数R2分别为0.867,0.821,0.865,RMSECV分别为0.476,0.014与0.479.对33个鸡蛋样品的模型验证的R2分别为0.873,0.861,0.895.鸡蛋新鲜度主要指标的预测值与实际值间的差异不显著(P＞0.05),所建模型具有较好的准确性与预测能力,能够满足蛋品新鲜度快速无损检测的要求.     

白芥子炒制过程的红外及二维相关光谱研究

采用傅里叶变换红外光谱技术动态跟踪药用植物白芥子的炒制过程,获得了不同炒制时间样本的红外谱,二阶导数谱和热扰动下的二维相关红外谱。白芥子的红外谱表明,白芥子在炒制过程中1 747 cm-1油脂特征蜂的相对强度变化不明显,说明白芥子羧酸酯相对较稳定;而1 657 cm-1附近酰胺Ⅰ带峰和1 546 cm-1附近的酰胺Ⅱ带的吸收峰相对强度显著减小,是因为白芥子在高温炒制过程中,蛋白质(酶)发生了热变性;1 055 cm-1附近的纤维多糖的特征吸收峰在炒制10 min后明显减弱,这与药材表皮纤维多糖加热分解相关联。二阶导数谱和二维相关红外谱的变化规律与红外谱的结果相一致,进一步验证了白芥子药材在炒制过程中发生的主要变化是蛋白质变性及多糖的分解。该方法揭示了药材在炮制过程中所发生的物理化学变化过程,从分子光谱水平上奠定了白芥子药材炮制的目的“杀酶保甙”的理论基础。     

正常人体甲状腺体表傅里叶红外光谱图的特征分析

应用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)并联合衰减全反射(ATR)探头经体表方式测定120名健康受试者的双侧甲状腺,由此获得240张正常人体甲状腺体表傅里叶红外光谱图;通过分析比较正常人体左右两侧甲状腺体表红外光谱12个谱带的峰位、相对峰强及半高宽等35个FTIR光谱参数以探讨双侧甲状腺体表红外光谱有无差异;同时明确甲状腺体表红外光谱中蛋白质、脂质、核酸和糖类等生物化学成分相应特征吸收峰的变异特征。结果表明：正常人体左右两侧甲状腺体表红外光谱图大体趋于一致,仅F_{1 640} P_{2 920} P_{1 040}和I_{2 920}/I_{1 460},4个光谱参数差别存在统计学意义;并计算得到一系列正常人体甲状腺体表傅里叶红外光谱特征谱带光谱参数的90%正常参考值范围及绘制出能充分代表正常人体甲状腺基本特征的标准平均红外光谱图,进一步为傅里叶变换红外光谱应用于临床甲状腺疾病诊断提供参考。