微型流化床中的等温微分反应特性

利用自主研制微型流化床反应分析仪(MFBRA), 针对石墨燃烧反应研究该仪器的等温微分反应特性. 测试结果表明: MFBRA最大程度地抑制了内外扩散作用, 利用等温方法求算的石墨燃烧反应的活化能为160~170 kJ/mol, 指前因子106 s?1, 证明石墨燃烧符合成核与生长机理模型. 利用热重程序升温的测试结果与该MFBRA测试结果基本一致, 表明MFBRA所测试的石墨燃烧动力学参数及基于此分析建立的机理模型的准确性, 也证明了微型流化床反应分析仪具有等温微分反应特性. 对比热重非等温与MFBRA等温动力学求算方法还揭示了: 等温动力学方法可将反应速率常数和模型函数分离, 大大地简化了求算过程, 提高了动力学参数的准确性.     

煤及其拔头半焦的燃烧反应特性研究

采用热天平研究了贵州褐煤、三江原煤及其拔头半焦的燃烧行为,考察了粒径和升温速率对样品着火点和燃烧稳定性的影响。减小样品的粒径可显著降低样品的着火点,改善样品的燃烧性能,在粒径100～120目和升温速率25℃/min下,样品的燃烧稳定性最好。根据Coats-Redfern方法求解燃烧反应动力学参数。燃烧反应动力学分析表明,三种样品的热天平燃烧反应均为一级反应,并得到了实验样品的燃烧反应动力学参数,表观活化能E和指前因子A。贵州褐煤的活化能为100.0～163.6 kJ/mol,三江原煤的活化能为73.4～161.2 kJ/mol,三江煤焦的活化能为68.3～178.1 kJ/mol。     

在Pt/Al2O3催化剂上苯的内扩散对负0.9级动力学的影响

在Pt/Al₂O₃催化剂上用外循环反应器研究了内扩散对苯完全氧化动力学的影响,当用30～40目(即0.45～0.60mm)催化剂时反应在动力学区域进行.若O₂过量时则动力学区域苯的完全氧化可用-0.9级速率方程描述.当催化剂粒径增至φ6×5mm时,反应在内扩散区域进行并变为一0.1级反应.催化剂有效因子η在0.24～0.12之间.在同一温度下,η_实验随苯分压p_苯的增加而增大;而p_苯相近时,η_实验则随温度的升高而减小.动力学区域的反应活化能为55.5kJ/mol,内扩散区域的反应活化能为34.9kJ/mol,其值约为动力学区域的活化能与苯分子扩散活化能的算术平均值.     

碳前驱体CH3ArCH2NH2的热解性能及动力学研究

通过密闭压力容器法、常压DSC、高压DSC及紫外分光光度定量分析法等实验手段,对液相沉积法制碳／碳复合材料用碳前驱体CH3ArCH2NH2的热裂解行为进行了研究,获得不同温度、不同压力下该碳前驱体的热分解温度和残碳率,用等温动力学和非等温动力学方法获得了热裂解反应的表观活化能,实验结果表明,常压热裂解温度大约为530．15－556．55K,1－3MPa的高压范围内的热裂解温度大约在618．34－675．49K,密闭压力容器中的残碳率为56．23％,常压下的残碳率为28．96％－36．47％,而高压下残碳率可达59．11％,根据基辛格等方法获得了等温条件下和非等温条件下热裂解反应的表观活化能Ea分别为206．78kJ/mol和183．93kJ/mol, 反应级数N~1.     

焦炭溶损反应动力学及其模型研究

利用未反应核收缩模型对高炉焦炭与CO2的反应动力学进行了研究，建立了以可测参数（R）表达的焦炭与CO2的反应动力学关系式。并对反应速率常数和有效扩散系数、表观反应活化能和有效扩散活化能及反应过程中各步骤阻力进行了分析。结果表明，（1）焦炭与CO2的反应符合未反应核收缩模型。（2）反应的表观活化能Ea=124.5kJ/mol，有效扩散活化能ED=642.4 kJ/mol；界面化学反应的阻力随反应温度升高而增加；残余灰层内的内扩散传质阻力相对比例随温度升高而下降。（3）焦炭溶损反应在低温区主要受内扩散控制，随着温度升高，反应由外扩散、化学反应和内扩散三步控制；当进入高温区，反应进行一段时间后主要受内扩散控制。     

生物质在微型流化床中热解动力学与机理

利用微型流化床反应分析仪(MFBRA)研究了生物质在氩气氛中的热解反应,通过在线反应物供给和生成气组成变化监测,实现了设定温度下生物质热解反应速率的测试、动力学参数的求算和反应机理的分析。应用该仪器测定的生物质在800℃的热解时间为10s,明显小于传统文献报道值。测试的气体释放顺序与反应动力学参数初步证实了生成的不同气体间存在耦合反应,且各气体生成难易程度存在差异。测试的反应级数为1.62,以整体挥发分为基准的活化能与指前因子分别是11.77kJ/mol和1.45s-1,明显小于常规热重方法的测试值。     

HPD-100树脂吸附小檗碱的热力学及动力学研究

研究了小檗碱在HPD-100树脂上的吸附热力学和动力学行为。考察了小檗碱在HPD-100树脂上的吸附等温曲线和吸附动力学曲线,确定了吸附过程的热力学及动力学参数。结果表明,HPD-100树脂对小檗碱的等温吸附可采用Langmuir方程描述、吸附为自发进行的放热型物理吸附过程;Dunwald–Wagnen内扩散方程能较好地拟合吸附动力学数据,吸附过程以颗粒内扩散为主要控制步骤,该吸附过程的表观活化能为29.11kJ/mol。本文为HPD-100树脂分离富集小檗碱类生物碱的实际应用提供基础数据及指导。     

棉秆半焦与载镍橄榄石固-固化学链反应动力学研究

本实验利用微型流化床反应分析仪(MFBRA)研究了棉秆半焦(CSC)与载镍橄榄石(Ni/olivine)的固-固化学链反应特性,利用模型拟合法在等温条件下对29种模型函数进行拟合计算,从中选取了最优的三种模型,计算出棉秆半焦和载氧体的固-固反应动力学。结果表明,CO和CO_2是CSC与Ni/olivine反应的主要气体产物,固-固反应过程中,先析出CO后再析出CO_2,CSC并不会完全转换成CO_2,产气中CO的浓度比CO_2大;随着反应温度的升高,产气中CO和CO_2的浓度和产率增加。CO、CO_2和CSC利用三种不同模型函数计算出来的活化能平均值分别为27.5、46.4和69.8 kJ/mol。利用热重研究了CSC和Ni/olivine非等温反应特性及动力学,结果表明,CSC和Ni/olivine的反应从750℃开始,在890℃时反应速率达到了峰值,非等温反应活化能为72.05 kJ/mol,这与MFBRA等温动力学活化能基本相似,说明生物质化学链气化过程中,半焦和镍基载氧体的固-固反应较容易发生。     

正己烷在Pt/Al_2O_3催化剂上的完全氧化

用外循环无梯度反应器研究了在Pt/Al_2O_3催化剂上内扩散对己烷完全氧化动力学的影响。当催化剂为30—40目时己烷完全氧化在动力学区域进行,当催化剂颗粒增大到4mm时反应在内扩散区域进行,催化剂有效因子在O.14—O.38之间。它表明反应严重地受内扩散阻碍。在氧分压过量时,在动力学区域已烷完全氧化的反应级数为0级,在内扩散区域它变为O.45级。动力学区域的表观活化能为19.OkJ/mol,内扩散区域的表观活化能为10.7kJ/mol,它近似动力学区域活化能及扩散活化能的算术平均值。用试射法及Euler方法计算了已烷在催化剂孔内的分压分布。     

松香改性酚醛环氧树脂的固化反应动力学研究

以自制的松香改性酚醛环氧树脂（RPAE）为对象,采用差示扫描量热法研究了其与4,4．二氨基二苯砜组成的体系（RPAE／DDS）的固化动力学,利用Kissinger方程计算得到体系的固化热约为109．29J／g,表观活化能为51．56kJ／mol,该体系反应级数为0．85,近似为1级反应,反应速率常数为2．69×10^4／s。采用Ozawa-Flynn-Wall方程分析,得到体系的表观活化能为70。1kJ／mol。     

微型流化床与热重测定煤焦-CO2气化反应动力学的对比研究

对微型流化床反应分析仪(MFBRA)和热重分析仪(TGA)测定煤焦与CO₂的等温气化反应动力学进行了比较.在最小化气体扩散影响的条件下,半焦在MFBRA中的气化反应速率比TGA中大,且在转化率为0.15时有最大值.缩核模型能很好地描述半焦的气化行为.在760~1 000 ℃,半焦气化分两个阶段:在低温段,利用MFBRA和TGA求取的反应活化能基本相同,验证了MFBRA在求取反应动力学数据方面的有效性和可靠性;在高温段,MFBRA测定的反应活化能较大,说明其受扩散的抑制作用较小.相同温度下通过MFBRA求取的效率因子明显较大,这同其较快的反应速率相一致.上述差异充分说明了反应器类型对测试的(表观)反应动力学有显著影响.     

过氧化苯甲酸叔丁酯的热分解动力学研究及SADT推算

研究了过氧化苯甲酸叔丁酯的热分解动力学及不同包装规格下的自加速分解温度(SADT),利用C600微量热仪测试了过氧化苯甲酸叔丁酯的热分解特征,得到升温速率分别为0.1 K/min、0.2 K/min、0.5 K/min、1 K/min下热流随时间的变化曲线,并使用Friedman等转化率法对所得的实验数据进行分析处理,得到了过氧化苯甲酸叔丁酯的分解反应活化能、指前因子等热动力学参数,推算了不同包装规格的过氧化苯甲酸叔丁酯的SADT。结果表明TBPB分解活化能及指前因子随转化率变化而变化,活化能范围为42-135.5 kJ/mol,指前因子范围为0.25-33.5,在25L聚乙烯桶包装下的SADT为59℃,50L下为52℃,200L下为46℃。     

Influence of mass-transfer effect on isoconversional calculations

A theoretical simulation of the influence of mass-transfer effect on the kinetics of solid–gas reactions has been carried out. The influence of mass-transfer phenomena on the shape of the thermoanalytical curves and on the apparent activation energy, calculated by advanced isoconversional methods (Vyazovkin method) is discussed. The Vyazovkin equation has been adapted to CRTA data and, a modification of this equation, to account for pressure correction term in the reaction rate was achieved. To check the equations developed in this paper, the standard isoconversional procedure has been modified, instead of a set of experiments performed under different heating rates (or reaction rates C in the case of CRTA) for a given conversion we use a set of experiments under different pressure of the gas self-generated in the reaction at one heating rate β (or reaction rate C), respectively.The results obtained allow for trustworthy estimates of the activation energy from advanced isoconversional method in reaction systems whose kinetics are affected by the pressure of the gases self-generated by the reaction. Theoretical considerations are verified on simulated non-isothermal TG, and non-isothermal non-linear controlled rate thermal analysis (CRTA) data. Experimental data of calcite have been used.     

Kinetic analysis of one-step solid-state reaction for Li4Ti5O12/C

The kinetics of one-step solid-state reaction of Li(4)Ti(5)O(12)/C in a dynamic nitrogen atmosphere was first studied by means of thermogravimetric-differential thermal analysis technique at five different heating rates. According to the double equal-double steps method, the Li(4)Ti(5)O(12)/C solid-state reaction mechanism could be properly described as the Jander equation, which was a three-dimensional diffusion with spherical symmetry, and the reaction mechanism functions were listed as follows: f(α) = (3)/(2)(1 - α)(2/3)[1 - (1 - α)(1/3)](-1), G(α) = [1 - (1 - α)(1/3)](2). In FWO method, average activation energy, frequency factor, and reaction order were 284.40 kJ mol(-1), 2.51 × 10(18) min(-1), and 1.01, respectively. However, the corresponding values in FRL method were 271.70 kJ mol(-1), 1.00 × 10(17) min(-1), and 0.96, respectively. Moreover, the values of enthalpy of activation, Gibbs free energy of activation, and entropy of activation at the peak temperature were 272.06 kJ mol(-1), 240.16 kJ mol(-1), and 44.24 J mol(-1) K(-1), respectively.     

脱晶蒽油改质煤焦油沥青的研究——中间相非等温动力学

在热转化装置上,对宝钢Ⅰ期焦油沥青（简称I－CTP）及其添加18％、30％脱晶蒽油（简称DCAO）制成的软沥青进行了中间相转化非等温动力学研究,采用积分法求得了有关动力学参数。结果表明,沥青中间相形成过程可以用一级反应来描述。宝钢Ⅰ期焦油沥青活化能为180.02kJ/mol。添加80％脱晶蒽油则提高了原料沥青的反应性,活化能为147.89kJ/mol,不利于优质中间相的形成。     

聚氨酯胶粘剂的热分解动力学研究

采用热分析技术考察了通用型聚氨酯胶粘剂在空气中的热解过程, 并通过TG方法和动力学方法研究了各步反应的活化能E、指前因子A等动力学参数. 通过等失重转化率法校验了两种方法所获得的E和A值. 结果表明, 聚氨酯胶粘剂有三个主要降解阶段, 第一降解阶段的活化能为144.31-148.35 kJ·mol^-1, 第二个降解阶段的活化能为196.96-204.26 kJ·mol^-1, 第三个降解阶段的活化能为202.97-205.27 kJ·mol^-1; 热降解过程为一级反应, 随着失重百分率的增大, 热分解反应活化能增大. 此外, 聚氨酯胶粘剂具有较高的热稳定性, 预测其在35 ℃的空气中失重5%时的热老化寿命为10年.     

Activation of nickel–chromium hydrogenation catalysts with hydrogen

The kinetics of the reduction of nickel cations in nickel oxide and nickel–chromium catalysts whose oxide precursors have different structures has been investigated by thermal analysis. The reduction of nickel oxide with a hydrogen-containing gas takes place at 250–330°C. The apparent activation energy of this reaction is about 88 kJ/mol. The introduction of up to 30 at % chromium cations into the nickel oxide structure shifts the reduction temperature of nickel in the oxide phase to 300–450°C and increases the apparent activation energy of the reduction of nickel cations to ～108 kJ/mol. The introduction of 67 at % chromium into nickel oxide results in the formation of an oxide precursor with a spinel structure. The apparent activation energy of the reduction of nickel cations in this spinel is about 163 kJ/mol. The results of this study can be used in optimizing the composition of Ni-containing hydrogenation catalysts and their activation and operation conditions.     

新型侧基含磷共聚酯的阻燃和热降解动力学

利用动态热重分析法(TG)研究了聚酯(PET )及侧基含磷共聚酯(FR-PET)在不同升温速率下的热稳定性及热降解动力学, 并通过极限氧指数法(LOI)考察了FR-PET的阻燃性能; 采用Flynn-Wall-Ozawa方法分析了PET和FR-PET的热降解表观活化能; 利用Coast-Redfern方法通过对不同机理模型的选取, 确定了PET和FR-PET热降解动力学机理及其模型, 得出了主降解阶段的非等温动力学方程及热降解速率曲线图. 研究结果表明, 侧基含磷单元的引入提高了聚酯的阻燃性能, 侧基上的P—C和P—O键易断裂, 从而降低了聚酯的热稳定性. PET和FR-PET的热降解表观活化能(0.1≤α≤0.85)分别为194-227和184-209 kJ/mol; PET和FR-PET热降解反应均属于受减速形α-t曲线控制的反应级数机理, 其机理函数为f(α)=3(1-α)2/3(0.1≤α≤0.85). 侧基含磷单元的引入对PET的主降解阶段的热降解速率并无实质上的影响. 侧基含磷共聚酯的凝聚相阻燃作用有限, 可能以气相阻燃机理为主发挥阻燃作用.