典型城市固体废弃物热解动力学机理研究

利用热重（TGA）技术研究了城市固体废弃物中塑料橡胶类、木质纤维素类、织物类和厨余类四大类可燃组分中七种典型固体废弃物热解反应过程。实验结果表明,塑料类和织物类最难热解,厨余类组分最易热解;采用Freeman-Carroll法对七种典型固体废弃物热解进行数据处理,从20种常用的固相反应机制函数中遴选出最优解,利用优化的数学函数和动力学参数建立动力学模型,结果表明,PE和羊毛线热解主要反应阶段的最优固相反应模型是球形相界面反应模型;橡胶粉、杨树枝热解反应模型遵循化学反应规律;米饭和本白棉布热解曲线遵循幂函数法则;白菜的最优模型是三维扩散模型。     

PVC热解动力学的研究

PVC作为城市固体废弃物中的重要组分,国内外学者已对它的热解或燃烧动力学模型进行了一些研究。Danforth和Takeuchi根据链式理论研究了PVC在220－240℃的热解动力学^[1],Troiskii和Troiskaya提出了用来描述PVC分解初始阶段（转化率约10％以内）HCl析出的数学模型^[2];Wu等分别研究了PVC在高转化率（＞60％）时及在127℃-427℃范围内的热解动力学^[3,4];上述研究主要集中于某一确定的转化范围,而国内近年才开始对PVC的热解或燃烧动力学进行研究,一般都采用较简单的一次反应方程^[5]或常见的固体反应方程6[6]来求解动力学参数,为了能较好地拟合实验结果,计算中只能分段拟合,这样不可避免地会出现断点,所以,对PVC热解动力学的研究还缺乏完整性或连续性,不便于应用。     

城市生活垃圾典型有机组分混合热解特性的研究

利用自行设计的较大物量(约10 g)的热重分析装置对城市生活垃圾典型有机组分（纸屑、木屑、织物、塑料、橡胶、厨余）的混合热解特性进行了实验研究，并用最小二乘法计算得到由若干平行反应组成的热解反应动力学模型，实验结果与模型计算结果吻合较好。在此基础上对城市生活垃圾典型有机组分混合热解中的交互影响和非线性规律进行了分析。结果表明，城市生活垃圾典型有机组分混合热解动力学模型由2个～4个平行反应组成；混合热解中有反应发生合并的现象；热效应和组分比例对混合物综合热解特性有显著影响。     

森林泥炭的热解特性及热解动力学

泥炭阴燃是森林地下火的主要燃烧形式之一, 研究泥炭的热解规律对认识其阴燃机理及地下火蔓延机理有重要意义. 本文使用荧光光谱分析技术测定了我国东北林区一种典型泥炭样品的主要元素组成, 并使用热重-差热分析(TG-DTA)技术研究了泥炭样品在惰性气氛中的热解规律. 实验结果表明, 泥炭样品主要由45种元素构成. 从常温到1073 K高温的升温过程中, 泥炭样品的质量损失过程可以分为三个阶段, 依次为水分损失阶段、有机质热解阶段和矿物质分解阶段. 对于泥炭阴燃密切相关的有机质热解阶段, 结合热分析动力学理论和优化计算方法, 建立了描述泥炭有机质热解动力学规律的三组分叠加反应模型.     

糠醛渣热解特性的研究

以糠醛渣为研究对象,应用热重分析法,以高纯氮气为载气对其进行了详细的热重分析试验。结果表明糠醛渣热解随温度升高经历五个不同阶段,表现了糠醛渣热解的复杂性。通过对5 ℃/min、20 ℃/min、50 ℃/min和80 ℃/min的升温速率及不同粒径下的失重曲线进行的对比表明,随着升温速率和粒径的增大,糠醛渣热解的初始温度增大,热解向高温侧移动。最后根据实验数据建立了热解动力学模型,并对数学模型进行了求解,得到了糠醛渣热解反应的动力学参数,表明糠醛渣热解属三级反应。     

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。     

生物质与废轮胎共热解催化热解油蒸发过程及其动力学研究

采用热重微商(TG-DTG)法考察生物质稻壳与废轮胎共热解经催化与非催化热解油的热失重行为,并同0#柴油的热失重行为进行了比较;同时采用Achar微分法和Coats-Redfern积分法对热解油热失重蒸发过程的蒸发热进行了计算,并结合Satava和Bagchi法确定了热失重蒸发过程的机理函数, 建立了0#柴油和在催化与非催化条件下得到的热解油蒸发过程的动力学方程,得出了在催化与非催化条件下热解油热失重过程的机理函数,其动力学方程为dα/dt=Ae-△vapH/RT(1-TBX〗α)2;而0#柴油的热失重蒸发过程动力学方程为dα/dt=1.5Ae-△vapH/RT(1-α)2/3\[1-(1-α)1/3\]-1。蒸发热的顺序由大到小依次为,柴油＞非催化热解油＞SBA-15热解油＞MCM-41热解油。结果表明,通过建立的模型函数得到的蒸发热与实验值非常接近。催化剂SBA-15和MCM-41的存在对降低高沸点馏分的物质具有一定作用,而SBA-15催化作用强于MCM-41。     

典型海鲜废弃物热解特性及动力学研究

本研究采用热重分析手段，对鱼骨、蟹壳、虾壳三种典型海鲜废弃物的热解特性进行分析，研究不同升温速率(20、40、60℃/min)条件下热解过程的特征参数，分析原料成分组成对于海鲜废弃物热解特性的影响。基于热解特性参数对热解过程进行动力学分析，结合表观动力学参数并在对比多种机理模型的拟合效果基础上，确定了较为适宜的海鲜废弃物热解过程机理模型。结果表明，海鲜废弃物热解过程与其成分组成具有密切关联，TG-DTG曲线对比分析发现，有机质和无机盐含量是影响热解过程的重要因素。随着升温速率的提高,三种海鲜废弃物的热解特性参数具有一致的增长趋势。动力学研究发现，鱼骨主要热解过程符合一级化学反应机理，而蟹壳和虾壳在有机物分解阶段可由一段1.5级化学反应过程描述，分析认为，反应级数的差别与与海鲜废弃物中几丁质含量有关。表观活化能Ea随着升温速率的提高而增大，而活化能增量?E_α逐渐变小，可以推测采用不低于40℃/min的升温速率不会导致三种海鲜废弃物热解过程难度的增大并更具经济性。研究结果为海鲜废弃物热解处理技术的开发提供了基础过程特性数据。     

阿司匹林的热解机理及热动力学研究

在用热重法研究了阿司匹林的热稳定性实验的基础上,通过量子化学方法(ab initio DFT)计算了阿司匹林分子的键级,据此计算结果提出了阿司匹林的热解机理,按此机理得到的理论计算值与实验结果一致;运用Freeman-Carroll、Kissinger和Ozawa三种方法分别计算了阿司匹林的热解动力学参数:活化能(E)、反应级数(n)和指前因子(A),其热解动力学方程为: dα/dt=4.74×1011[exp(－(100.34±5.18)×103/RT)](1－α)2.8±0.3;用差示扫描量热法测定的该物质的熔点、摩尔熔化焓和摩尔熔化熵分别为(409.19 ± 0.22) K、(29.17 ± 0.41) kJ•mol-1和(71.09±1.06) J•mol-1•K-1.     

典型木质素气化动力学及产物析出特性

选用四种典型木质素:碱木质素、木质素磺酸盐、水解木质素、G型木质素,分别在热重分析仪和固定床台架上对其气化失重特性、动力学机理及产物析出特性进行研究,以揭示木质素来源对其气化特性的影响.结果表明,均相模型对气化反应过程拟合度较好.碱木质素热解活性最高,最先发生热解,且热解活化能最低;但其热解焦结构较致密,气化反应性较差...     

原位担载Fe2S3催化剂煤的热解动力学研究

用加压热天平研究了原位担载纳米级Fe2S3催化剂的大柳塔次烟煤的加氢热解动力学,考查了2.0MPa氢气氛或氮气氛下原煤及担载催化剂的煤热解失重过程,计算了活化能E和指前因子A等热解动力学参数。结果表明,煤原位担载Fe2S3催化剂后热失重速率比原煤有较大程度的增加,最大热解速率的特征温度也比原煤降低。特别是煤在表面性剂十六烷基三甲基溴化铵溶液中担载Fe2S3催化剂后的热解反应速率高于水溶液中担载同样催化剂的热解反应速度。原位担载Fe2S3的煤及原煤的热解反应过程符合一级反应动力学。     

褐煤热重法热解动力学研究

用非等温热重法考察了中国八个矿区十个褐煤样的热解过程,对比了各试样的热解特征,提出了褐煤热解模型。利用失重数据求出了各试样二级反应动力学参数,表观活化能E介于55—160kJ/mol之间。找出了褐煤挥发份V~2与动力学参数间的关联式:lnE=14.08-2.46lnV~(?);E=29.65 5.99lnA。求解了先锋褐煤样热解转化率与时间的关系。     

聚氯乙烯的热解特性和热解动力学研究

随着聚氯乙烯的大量使用,聚氯乙烯在总固体废弃物中占的比例愈来愈高,成为固体废弃物中的重要组分.如何科学、合理、有效地妥善解决聚氯乙烯问题是当前一项急待解决的重要课题.……     

不同生物质热解特性及气体产物释放规律研究

研究了竹屑、棉籽壳和棉秆三种生物质的热解特性及差异。采用热重质谱联用技术,对比并分析了三种生物质原料在热裂解中气体产物(CO、H_2、CH_4、CO)随温度变化的释放规律。结果表明:相比于棉籽壳和竹屑,棉秆的失重率最大约为84%。其次,由热解阶段的产物可知,虽然棉秆在热解时的气体离子流(CH_4和CO_2)释放强度高于棉秆和棉籽壳,但是对于生物质混合气体(H_2和CO)的离子流强度,竹屑的离子流强度高于棉秆和棉籽壳。最后,在热解性能方面,挥发分初始析出的温度和热解特性指数的大小排列结果一致,均为竹屑棉籽壳棉秆,其表观活化能分别48、52和66 kJ/mol,这与热重实验结果一致,在相同条件下竹屑的热解性能最好。     

玉米秸热解动力学研究

生物质能具有低硫和二氧化碳零排放的特点,其在能源结构中的地位越来越重要。作为一种高效生物质能转化途径,热化学转化可获得气、液和固态多种能源产物。其中,热解是热化学转化中最为基本的过程,是气化、液化及燃烧过程的初始和伴生反应,对热解的分析有助于热化学转化过程控制及高效转化工艺的开发。热解动力学是表征热解过程中反应过程参数对原料转化率影响的重要手段,通过动力学分析可深入了解反应过程和机理,预测反应速率及难易程度,为生物质热化学转化工艺的研究开发提供重要的基础数据。国外对纤维素热解动力学已进行了一些研究,但生物质作为纤维素、半纤维素、木质素等的复杂聚合物,其热解行为与单纯纤维素差别较大。因此本文的热解研究集中在玉米秸这种常见的软质秸秆类生物质原料。     

煤的热解动力学研究

热解是煤燃烧、气化和液化等热加工工艺中的基本过程之一,也是成煤过程中的基本环节。因此,研究煤的热解不仅为煤的热加工过程提供科学依据,也能为加深煤化学研究提供重要信息。溶剂抽提既是研究煤化学的重要方法,也是提取某些重要化工原料和燃料油的的重要加工过程,同时还可为抽余煤的合理利用提供必要的基础数据。     

基于TG-FTIR的生物质催化热解试验研究

运用热重－傅里叶红外光谱联用技术(TG-FTIR),以麦秸为研究对象,探讨催化与非催化条件下生物质的热解挥发分析出特性,分析研究热解温度、催化剂种类对生物质热解主要析出产物的影响。通过热重TG和DTG曲线,获得了相关热解特性参数及动力学参数。结果表明,添加NiO和CaO存在两个失重峰,并促进麦秸热解反应进行,降低表观活化能,其中NiO对提高热解析出产率作用更显著。通过红外光谱对热解产物实时测量的分析表明,CO与CO2的析出与失重峰基本一致,而CH4的析出滞后于前两者。添加NiO和CaO有利于减少热解产物中的CO2的浓度,促进挥发分产物CO、CH4的生成。其中CaO更有利于生物质在温度800℃以下的热解性能改善,而NiO在800℃以上具有更好的催化作用。     

用热重红外光谱联用技术研究混煤热解特性

用热重分析仪和傅里叶红外光谱仪，对混煤在惰性气氛中的慢速热解特性进行了动态分析，考察了煤种、掺混比例以及加热速率对热解的影响。结果表明，混煤的热解与单煤的热解有相似之处，热解组分的析出随温度的变化规律一致，但其组分析出量并不是单煤热解析出量的简单叠加。由于掺混煤种间的相互作用，混煤热解气体在析出时间和析出量上均发生了变化。通过对红外吸收光谱的分析，发现混煤热解气体析出规律受掺混煤种的影响很大，高活性煤种的存在会降低混煤热解的初析温度，增加热解气体的析出量，其掺混比例越高，影响也越明显。     

生物质和废塑料混合热解协同特性研究

选取聚丙烯(PP)和竹屑作为废塑料与生物质的典型代表,在热重分析仪和固定床台架上研究了塑料掺混比例对混合热解失重特性、动力学机理、产物分布行为等特性的影响,并分析了混合热解时生物质和废塑料间的协同作用机制。结果表明,随着塑料掺混比例的增加,混合热解终止温度由501℃降低至471℃,主要热解温度区间缩短;混合热解所需活化能呈现先减小后增大的趋势,在塑料掺混比例为0.25时取得最小值。通过对比实验数据和理论数据发现,生物质与废塑料混合热解具有很强的协同作用:该协同作用降低了生物质反应所需能量,增加了废塑料反应所需能量,降低了混合热解过程的总活化能;此外,协同作用促进大分子挥发分转化为小分子气体,促进芳烃、烷烃等烃类生成,抑制CO₂、苯酚、羧酸、呋喃和酮类等含氧物质生成。     

草酸锰分解过程的机理函数判别和动力学研究

用等温热重和线性升温热重分析法研究了草酸锰热分解过程,提出了判断其机理函数的3步判别法。经实验和理论分析证明,该反应受随机成核和晶核随后生长的过程(A_3a机理)支配,其活化能E=103.95 kJ/mol,频率因子A=4.448×10~8min~(-1).动力学补偿效应为IgA=0.09661E-1.2856