废电路板热解特性及其动力学分析

分别应用热天平和管式炉反应器对废电路板的热解行为进行实验研究.通过热重分析法,考察了在氮气气氛下,不同升温速率(10 K/min、15 K/min、20 K/min、40 K/min)对废电路板热解特性的影响.结果表明,升温速率对废电路板热解失重曲线有较大影响,反应起始温度,失重率最大时的温度和反应结束温度均随升温速率的提高而相应增加.热解动力学研究表明,废电路板热解反应符合一级反应动力学,反应活化能和指前因子均随升温速率的增大而呈上升趋势,活化能在110～180 kJ/mol,指前因子在2.0×107～1.2×1013 min-1.此外,在管式炉反应器上,考察在同一升温速率(20 K/min)下不同热解终温(400 ℃、500 ℃、600 ℃、700 ℃、800 ℃)对废电路板热解产物产率和气体成分分布的影响.结果表明,当温度在600 ℃以上时,固体残渣的产率变化不大,升高温度只是改变油气比; 电路板热解气的主要成分是H2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C3H6和C3H8,气体热值在11.24～15.21 MJ/m3,焦油热值在24.5～27.5 MJ/kg范围内.热解后所得固体残渣是易碎的,其中玻璃纤维部分呈层状分开,很容易对残渣中的金属和玻璃纤维部分进行分离.     

PCB边角料基材的热解特性及动力学研究

针对当前广泛存在的FR-4型印刷电路板(PCB)边角料,开展了热解特性及动力学研究.首先,采用热重-差热法对PCB边角料基材进行了各种气氛下的热解试验.结果表明:各气氛下的TG曲线均分为3个阶段;DTG曲线的情况则不同,氮气气氛中存在两个失重峰(220～280℃、280～450℃),有氧气存在的情况下存在3个失重峰(220～280℃、280～400℃、400～600℃).其次,对不同反应气氛下的热解产物产率和热值进行了研究.热解气体、液体产率基本随着氧气体积分数的升高而提高,气、液、固体产物产率分别为8％～12％、41％～43％、45％～50％;热值为12～14 MJ/kg.并考察了反应起始温度、最大失重速度对应温度、反应终止温度、反应残余重量等热解特征参数随热解气氛的变化情况.最后,采用Kissinger方程对PCB边角料基材进行了热解动力学过程研究.结果表明,在热解反应DSC曲线峰值处(550～650 K)的动力学线性回归曲线具有很好的回归效果,该阶段的表观活化能为23.55 kJ/mol;指前因子为4.18× 105 s-1.     

硫化亚铁氧化热重实验及动力学分析

利用热重分析方法对化学纯FeS的氧化自燃性及其动力学规律进行了研究,分析了粒径178μm的FeS在室温~1 000℃温度范围内的热重曲线,考察了升温速率对热重曲线的影响,并采用FWO方法计算了FeS氧化自燃的活化能。结果表明,FeS与氧气发生化学反应时迅速失重,升温速率对TG曲线有明显影响,升温速率越大,TG曲线向高温方向移动,氧化速度减小;FeS氧化过程符合n=0.381 7的随机成核和随后生长动力学反应机理,动力学模型函数的积分形式g(α)=ln[-ln(1-α)]-0.381 7,粒径178μm的FeS氧化时的活化能约为133.45 kJ/mol,动力学指前因子A=1×106.065 9s-1。     

废弃FR4环氧树脂覆铜板热解特性及固体残余物组成

采用TG(热重分析仪)和自制小尺度管式炉热解试验台架装置分别探讨了电子废弃物FR4环氧树脂玻璃纤维覆铜板在纯N2气氛中,以10 K/min升温速率加热到800℃的热解特性及在不同热解终温、停留时间下的固体残余物质量分布规律;采用SEM(扫描电子显微镜)分别对2种热解终温(450℃、550℃)下热解后玻璃纤维布进行微观形貌表征。TG热解结果表明,试样在N2气氛下热分解反应主要集中在第1阶段(300~400℃),失重量占总失重量65.55%,500℃后热解残余率趋于不变;管式炉热解结果及残余物表观微观形貌表明,热解温度和停留时间对玻璃纤维析出产率影响较大,而对铜析出产率几乎没有影响。当热解温度为550℃且停留时间保持10min时,废弃FR4环氧树脂玻璃纤维覆铜板可充分热解,玻璃纤维层间的环氧树脂系胶结剂已分解完毕,热解残余率达到最低值且玻璃纤维布自身未见明显变化。研究表明,通过热解焚烧技术电子废弃物资源具有规模化再利用的可能性。     

基于升温速率的生物质三组分热解特性研究及动力学比较

为了研究升温速率对生物质三组分的热解特性影响，利用同步热分析-质谱联用仪(Thermogravimetry/Differential Scanning Calorimetry-Mass Spectrum, TG/DSC-MS)对不同升温速率(μ=1℃/min、5℃/min、10℃/min、20℃/min)下的热解试验进行分析，并采用Coats-Redfern法、Doyle法和分布活化能模型(Distribution of Activation Energy Model, DAEM)法对热解动力学参数进行计算与比较。结果显示：1)随升温速率增大，三组分生物炭产率减小，热解气和热解油产率增大。2)随升温速率增大，气体产物最大析出速率增大。其中，当升温速率为1℃/min时，气体产物析出速率变化不大。3)随升温速率增大，三组分热解失重率变化不大。4)随升温速率增大，DTG(Derivative Thermogravimetry)曲线最大失重峰右移，最大热解失重速率减小。5)随升温速率增大，纤维素DSC曲线最大吸热峰右移，峰值增大，吸热峰面积增大。此外，半纤维素和木质素最大放热峰右移，峰值增大，...     

等转化率法在硫化亚铁热动力学研究中的应用

FeS的氧化放热是引起石油储罐火灾与爆炸事故的主要原因.采用同步热分析仪对FeS的氧化倾向性及其热动力学规律进行研究,主要分析粒径为0.062～0.074mm的FeS在常温至900℃范围内的DSC/TG试验曲线,运用FWO、Kissinger、Friedman等多种等转化率法计算FeS的活化能和指前因子.其中FWO和Kissinger法的计算结果较为接近,可靠度较高.结合Malek法提出的y(α)-α标准曲线,推断出最概然机理函数为f(α)=(1-α)2.这说明FeS的氧化自燃反应符合二级普通化学反应机理.     

黑木耳废弃菌糠的热解及动力学分析

为有效利用黑木耳废弃菌糠,减轻废弃菌糠造成的环境污染,通过热重分析法(TGA)研究黑木耳废弃菌糠在热解过程中发生的物质变化,研究气体氛围、粒径和升温速率对菌糠热解特性的影响,并进行动力学分析.结果表明,菌糠的热解过程包括失水、微失重、快速热解和炭化四个阶段.气体氛围、粒径和升温速率对于黑木耳废弃菌糠热解试验均有影响:N2气氛下反应过程更加直接,活化能较低;粒径越小,失重速率越高,反应越充分;升温速率越低,活化能也越低.最终计算得出在N2气氛下升温速率10℃/min条件下,反应所需要的活化能E相对较小,为52.010 kJ/mol.     

装饰用壁纸的热解特性研究

文章利用TGA851。型热重分析仪对装饰用壁纸在不同升温速率（10、15、20℃／min）、气氛（氮气、空气）、空气流速（10、30、50m1／min）条件下的热解特性进行了研究。通过研究发现，样品的热解失重与样品的组成成分有关，总失重为各成分失重叠加的结果。增大升温速率使主要热解阶段初始热解温度和最大失重速率对应的温度升高，热解反应速率增加；并且随着升温速率增加，TG曲线向高温区移动。在对气氛的比较中发现，氧气的参与使热解机理发生改变，反应提前，热解速度增快，反应更彻底。而空气流速的增加相当于氧气的输送量增加，新输入的氧气使反应后气体被及时排出，热失重速率提升，反应速度加快，样品在该环境中的火灾危险性增加。通过对样品TG和DTG曲线的计算，求出了各阶段的活化能和频率因子。结果表明，氮气气氛下随着升温速率加快，活化能增加。     

废弃印刷线路板在二氧化碳气氛下的热失重动力学研究

利用热重分析仪研究了废弃印刷电脑线路板(CP)、电视机线路板(TV)、交换机线路板(SW)和游戏机线路板(GS)在CO2气氛下的热失重规律,采用Coats-Redfern积分法和Agrawal温度积分近似式,分别选取不同的机理函数计算了热失重动力学方程的指前因子和活化能,并根据转化率的计算值与试验值间的标准偏差确定了最优机理函数。结果表明,4种样品的失重过程均包括挥发分析出和固定碳气化两个主要的失重阶段,其中挥发分析出阶段又包括两个不同的反应区间,共采用3个机理函数来描述整个失重过程。其中TV在温度区间562~613 K的机理函数为[(1-α)-2.5-1]/2.5,在613~934 K的机理函数为[-ln(1-α)]4,在934~1 233 K的机理函数为[1-(1-α)1/3]2;CP在温度582~636 K和636~955 K的机理函数为[(1-α)-3.5-1]/3.5,在955~1 233 K的机理函数为α+(1-α)ln(1-α);SW在582~639 K和639~959 K的机理函数为[(1-α)-3.5-1]/3.5,在959~1 233 K的机理函数为[(1-α)-1/3-1]2;GS在577~641 K的机理函数为[(1-α)-1.5-1]/1.5,在641~917 K的机理函数为(1-α)-2,在917~1 233 K的机理函数为[-ln(1-α)]3。基于最优机理函数计算出的转化率与试验结果均吻合很好,但不同样品所遵循的机理函数有差异。在求取最优机理函数时,仅根据拟合直线的相关系数最大、标准偏差最小的原则来选取最优机理函数还不够完善,进一步考虑转化率的计算值与试验值间的标准偏差,可以获得更合理的机理函数。     

硝酸铵与硝铵磷热稳定性对比研究

为了研究硝铵磷的热稳定性,用DSC－TG同步热分析仪测试了硝酸铵的热分解过程,根据升温速率分别为5,10,15 K／min的DSC和TG－DTG曲线,利用Ozawa法和Kissinger法求得的硝酸铵的活化能基本一致。用Rogers公式和Arrhenius公式求得指前因子和速率常数分别为1．62×1010 s－1,1．07×10－18 s－1（120℃）;硝酸铵在升温速率为5 K／min时,分解峰值温度的活化焓、活化熵、活化自由能分别为102．76 kJ／mol ,－62．35 J／（K·mol ）,134．98 kJ／mol;对比了硝酸铵和硝铵磷的DSC曲线,结果表明硝铵磷的吸热分解峰值温度低于硝酸铵,热稳定性更好。     

不同升温速率下黄铁矿氧化动力学及补偿效应

采用热分析法研究了黄铁矿的氧化反应历程,得出升温速率分别为5℃/min、10℃/min和15℃/min条件下的TG-DTG曲线和表征参数;通过耦合Popescu法、Coats-Redfem法及Flynn-Wall-Ozawa法确定了黄铁矿氧化反应机理的模式函数为Avrami-Erofeev方程(n=3/2),符合随机成核和随后生长机理,3种升温速率下的活化能分别为230.2 k J/mol、198.8 k J/mol和187.4 k J/mol,指前因子分别为2.06×1010s-1、1.28×108s-1和1.43×107s-1;根据活化络合物理论,活化能和指前因子之间存在补偿效应,其动力学补偿方程为ln A=0.16729E-14.72689。     

煤氧化-热解进程的增失重阶段与动力学三因子分析

为分析煤氧化-热解进程的增失重阶段与动力学三因子,根据同一氧体积分数、5种不同升温速率下煤氧化-热解的TG-DTG曲线,探讨了煤氧化-热解进程经历的增失重阶段,基于Popescu法计算了不同阶段的动力学三因子。结果表明实验煤样的氧化-热解进程可分为失水失重、氧化增重、燃烧失重和燃尽恒重4个阶段。失水失重、氧化增重和燃烧失重阶段的反应机理分别为Mample单行法则、三维扩散模型和相边界反应的收缩球体模型;活化能分别为54.128 kJ·mol-1、152.252 kJ·mol-1和134.458 kJ·mol-1;指前因子的自然对数分别为16.832 s-1、32.597 s-1和18.365 s-1。     

过氧化二异丙苯的热稳定性研究

用TG-DTG-DTA(热重-微分热重-差热)联用技术研究了过氧化二异丙苯在动态氮气气氛中的热分解过程.过氧化二异丙苯DTA曲线呈现一个吸热熔化峰和一个放热分解峰.在不同升温速率的TG曲线上,过氧化二异丙苯失重开始温度大致相同.采用无模式方法的Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法和Starink法对热分解的数据进行非等温动力学分析处理,求出了热分解反应的表观活化能.Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法计算得的活化能的值为112.39 kJ/mol,Starink法计算得的活化能的值为111.23 kJ/mol.     

棕垫材料的热解燃烧特性试验研究

利用热重分析仪研究了棕垫材料在火灾中的热解燃烧过程。结果表明,在升温速率为20℃/min时,空气气氛下燃烧过程表现为两步反应,在335℃和470℃出现失重峰,总失重率为95%,两阶段反应活化能分别为108.95 kJ/mol和261.15 kJ/mol;氮气气氛下热解表现为一步反应,在335℃出现失重峰,失重率为80%,反应活化能为103.24 kJ/mol。随升温速率增加,棕垫材料的起始分解温度、失重峰值温度及主阶段热解结束温度均向高温侧移动。燃烧过程中低温段活化能增大,高温段则降低;热解过程中活化能增大;反应级数不变。研究表明,棕垫材料与常见生物质可燃物具有类似的热解燃烧性能,其潜在火灾危险性值得人们关注。     

废胶粉的热重实验及与神华煤粉热解的比较

应用热重(TG)和微商热重(DTG)对废轮胎胶粉(74～250 μm)的热解特性进行研究,并与神华煤粉的热解做了对比.实验的加热速率分别为10 ℃/min、20 ℃/min和40 ℃/min,加热的初始温度为室温,终止温度为600 ℃或800 ℃,气氛为N2,流量为20 mL/min.结果表明,废轮胎胶粉的热解主要失重区可以分为3个阶段: 第1个阶段主要是少量水分和焦油的析出,以及增塑剂和其他一些有机助剂的热分解; 第2个阶段主要是天然橡胶的热分解; 第3个阶段则主要是合成橡胶的热分解.废轮胎胶粉的热解过程随升温速率的增加而向高温方向移动.随着升温速率的升高,热解特性指数越来越大,表明其挥发分析出特性越来越好,即升温速率的提高有利于废轮胎的热解反应进行.粒径在小于1 mm时,热解特性受粒径影响很小.比较发现,废轮胎胶粉热解的初始温度比煤粉低,热解温度范围比煤粉小,热解开始阶段的波动比煤粉轻微,热解的最大失重率比煤粉的大,热解挥发分析出特性更好.     

梯萘42炸药反应动力学实验研究

采用差热分析仪对梯萘42炸药进行差热分析,测定其反应动力学过程。得到实验样品在不同的升温速率下的DTA曲线和相关的特征数据,以及开始加速分解的温度和峰值温度。采用Kissinger法计算了梯萘42炸药的动力学参数,得出活化能E和指前因子A分别为88 kJ/mol、9.3×107s-1。     

7-ACA粉体燃爆机制的热动力学研究

7-氨基头孢烷酸(7-ACA)粉体在生产过程中存在燃爆危险性,为探究7-ACA粉体的燃爆机制,开展粉体燃烧特性试验。采用热重分析(TGA)方法研究10、20和30℃/min等3种升温速率下,7-ACA粉体燃烧的热动力学过程。结果表明:在升温速率为10℃/min下,7-ACA粉体最低着火温度为220℃,升温速率越大,最小着火温度越高,最大失重速率对应的温度越高。在整个反应过程中,裂解阶段活化能为7.347 kJ/mol,频率因子为1.4×10~7,反应为1.5级反应;燃烧阶段活化能为146.99 kJ/mol,频率因子为9.18×10~(11),反应为2级反应。整个过程热动力学参数值都不高,7-ACA粉体能被较小能量点燃,有燃爆危险。     

建筑装璜中几种常用板材热解特性及动力学研究

对建筑装璜中几种常用板材变工况的热解行为进行了热重分析（TG）和差分热重分析（DTG）研究。通过对TG和DTG曲线的分析,深入研究了影响样品热解过程的几个重要因素：升温速率、样品粒径和试样量对热解过程的影响,通过对十种模型的比较,发现热解过程符合两阶段一级反应模型。并得出了各阶段的动力学参数、表观活化能和频率因子。     

餐饮业烟道油垢燃烧特性及动力学模型

利用热重分析仪研究了餐饮业油烟道油垢在不同升温速率下的燃烧特性.所采用的升温速率分别为5℃/min、15℃/min和25℃/min.吹扫气体为干空气,流量为20 mL/min.结果表明,试样从常温至800℃的升温燃烧经历了第1步水分析出、第2～5步燃烧失重过程.采用Doyle和Coats-Redfern方法建立了"4阶段1级反应动力学模型",计算燃烧反应的动力学参数.并用试验热重曲线验证了模型的可靠性.研究表明,油垢燃烧失重的4个主要过程均可用简单反应动力学模型进行简化,反应级数为1;燃烧总趋势是随升温速率提高,活化能增大.     

阻燃与未阻燃装饰装修木材在不同氧浓度下的热分析

利用热重分析仪对常见木质装饰装修材料白杨、白桦、红松以及这三种材料的阻燃品,在不同氧浓度条件下进行了热重分析(TGA)实验,通过对失重(TG)曲线、失重速率(DTG)曲线的分析,深入探讨了氧气体积分数对样品热解过程的影响.结果表明:对三种天然木材样品而言,氧浓度增大,样品的TG曲线左移.氧浓度对阻燃样品热解失重曲线的影响较小.热解过程用简单的动力学模型进行了模拟,确定了热解主反应段的动力学参数、表观活化能和频率因子,得到了各阶段的动力学方程.