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。     

煤自燃机制的TG-FTIR研究

为研究煤自燃发生发展过程中煤分子结构变化特征,以阜生矿15号煤为例,分析中硫含量煤样的自燃机制。采用热重-傅里叶红外光谱(TG-FTIR)试验,得到不同热失重阶段特征温度以及相应阶段内发生反应的煤分子结构和分解温度;分析原始煤样官能团分布特征和不同温度煤样官能团含量随温度的变化特征,得出5种煤分子结构官能团组成及含量。研究表明:低温氧化过程中,阜生煤样关键反应温度范围为130～170℃;自燃原因为煤样中硫份的存在以及C-H键和C-O/C-O-C键氧化,提高了煤分子结构的化学活性,促进了煤自燃发生。     

贫烟煤氧化热解反应的动力学分析

通过运用热分析的技术研究平顶山烟煤以及郑州嵩枫贫煤氧化热解反应的动力学特性.依据转化率将煤样的TG曲线划分为两个不同的温度区间进行动力学机理函数的探讨.通过对比分析整个TG曲线的氧化受热情况,将线性较好的机理函数带入DSC曲线进行分析验证,并求解出动力学参数以分析其氧化热解反应的特点.研究得出:这两种煤的氧化热解过程相似但同等条件下反应程度不同;在不同的反应阶段其化学反应级数不同并且相应过程中的TG曲线和DSC曲线反应级数一致;煤反应的活化能随着煤与氧反应过程的深入而增加,指前因子随着活化能的增加而增加且煤氧化反应过程是个分阶段的、多步反应以及相互联系促进的过程.     

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.     

碱性水对煤自燃特性影响实验研究

为了研究碱性水对煤自燃特性的影响,选取葫芦素煤矿102工作面煤样作为实验煤样,利用STA-449C型同步热分析仪进行热重实验,研究加入PH=8 NaOH的煤样与原煤以及加入蒸馏水煤样在空气氛围中燃烧失重、放热量、特征温度点等变化规律,并根据Coats-Redfern积分模型计算了3种煤样燃烧反应动力学参数（活化能、指前因子）。研究结果表明:加入碱性水的2号煤样失重量较1,3号少,燃烧失重速率更低;2号煤氧化燃烧温度区间缩短,着火温度点升高,放热量少,比1,3号煤分别少485.0,480.4 J/g;3种煤样反应机理基本遵循一级化学反应函数,2号煤各段活化能高于1,3号煤,但2号煤失水活化能小于3号,表明碱性水具有抑制煤自燃效应。     

煤低温氧化热解的热分析实验研究

在热分析动力学的基础上,对阳泉煤样运用同步热分析仪进行150℃下的氧化以及热解实验,得出该煤样相应的TG-DSC曲线。通过两者的TG-DSC曲线,对比分析煤样的热量释放情况,并结合曲线设定多项式形式的机理函数以分析其动力学特性。实验研究得出:该煤的低温氧化过程较之热解过程是个明显的氧化放热过程;该煤低温氧化和热解过程的最佳机理函数都为多项式,并且相应过程中的TG曲线和DSC曲线适用于同一个机理函数,这与一般所定义的机理函数不同;热解过程较之氧化过程所需的表观活化能较大,相同条件下较易发生煤的氧化自燃。     

废弃FR1酚醛树脂印刷线路板热解特性及动力学分析

针对电子废弃物FR1酚醛树脂纸基印刷线路板,利用热重(TG)试验探讨了其粉末在N2气氛中不同升温速率(10 K/min、20 K/min、30 K/min)下的热解特性,通过Kissinger和FWO热解动力学模型对其平均表观活化能和指前因子等热解动力学参数进行求解,分析其热解难易程度。结果表明,整体热解过程可分为室温~180℃和180~580℃两个阶段,高于580℃时热解残余率基本不变;当升温速率为20 K/min时试样最大热失重率为71.51%,残余固体较少,热解较充分。热解动力学分析表明,机理模型假设为f(α)=(1-α)n1级反应时,Kissinger法求得试验样品表观活化能E为170.83 k J/mol,指前因子A为7.41×1014min-1;FWO法求得转化率α=0.3~0.5即样品处于最大热失重峰区域时平均表观活化能E为169.71 k J/mol,相关系数r可达0.99以上;两种方法计算结果吻合,模型假设合理。热解动力学参数对比表明,FR1酚醛树脂纸基印刷线路板表观活化能和指前因子分别为FR4环氧树脂线路板和聚四氟乙烯线路板的1.03倍、224倍及0.76倍、48倍,更易进行热解反应,对其进行热解焚烧连续处置具有可行性。     

软质聚氨酯泡沫阴燃前期热解特性研究

采用DSC-TGA(差示扫描量热-热重分析)同步热分析仪对软质聚氨酯泡沫(聚氨酯软泡)在不同氧气体积分数(0、10％、30％、50％)和不同加热速率(10 K/min、20 K/min、50 K/min)下热解到800℃的过程及其对阴燃的影响进行了研究.结果表明,当氧气体积分数介于10％ ～ 50％时,聚氨酯软泡热失重DTG曲线只有1个峰;当氧气体积分数降低到10％时,DTG曲线开始逐渐分离为2个峰;当氧气体积分数降为0(即氮气气氛)时,DTG曲线已经明显分为2个峰.这表明氧气体积分数对聚氨酯软泡热解特性具有重要作用.氧气体积分数和加热速率降低均对聚氨酯软泡的热解有抑制作用,均能减小阴燃传播速率和向明火转化的可能性.加热速率降低主要是延长了聚氨酯软泡的热解周期,从而减小了热解可燃气体积分数和放热速率.氧气体积分数降低对聚氨酯软泡热解的影响相对复杂的多:当氧气体积分数从10％降低到0时,主要提高了聚氨酯软泡的分解温度,而对热解速率影响不大;当氧气体积分数介于10％～50％时,氧气体积分数减小主要会降低聚氨酯软泡的热解速率、放热速率和放热量而对热解温度影响相对不大.氧气体积分数和加热速率降低抑制了多元醇的分解,而多元醇是聚氨酯软泡维持阴燃或向明火转化的主要物质及能量来源.     

双外推法对煤氧化燃烧的动力学特性研究

为揭示煤炭氧化自燃反应过程,更好的揭示反应机理,防止煤炭自燃灾害发生。利用煤在热重分析仪上氧化燃烧得到TG-DSC曲线,应用双外推法对煤氧化燃烧过程的动力学特性进行研究。结果表明,煤氧化燃烧的过程分三个阶段,失水失重阶段,煤样中挥发份和水份不断析出;氧化增重阶段,煤样吸附氧气质量持续增加;燃烧失重阶段,煤样质量迅速减少。利用双外推法得到求解煤氧化增重阶段着火活化能的最概然机理函数。     

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.     

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。     

矿用CMC/ZrCit/GDL防灭火凝胶特性研究

为防治煤自燃,研制一种由羧甲基纤维素钠(CMC)、柠檬酸锆(Zr Cit)和葡萄糖酸-δ-内酯(GDL)组成的新型矿井防灭火凝胶。首先试验测试不同配比凝胶的成胶时间和黏度,选出适合不同情况下煤矿防灭火的凝胶配比;然后采用程序升温试验和热重(TG)试验分析凝胶的阻化性能和对煤自燃失重放热的影响。结果表明:凝胶的加入对煤的自燃有一定抑制作用;凝胶渗透过程中成胶,粘结在煤体的表面和裂隙之间;相同加热时间下加热到180℃,水的失重率比32号凝胶高出30%左右,说明凝胶固水性强,热稳定性良好。灭火模拟试验说明使用凝胶灭火,煤体降温快且不易复燃。     

不同自燃倾向性煤自燃氧化特性试验研究

为了研究不同自燃倾向性煤自燃特性变化规律,利用煤氧化动力学测定系统,测试了三种不同自燃性煤的氧化特征。结果表明:(1)单一气体生成量、耗氧量及耗氧速率均随着煤自燃性的增强而增大,且CO生成量和耗氧速率急剧上升的拐点温度与出现C_2H_4气体的温度相同。(2)CO、CO_2和C_2H_4产生率具有明显的阶段性,且前两种气体最大产生率所对应的温度相同;当不同自燃性煤的温度超过80℃时,两组指标CO/ΔO_2和CO/CO_2均迅速增大,表明其氧化反应加快。(3)在TG-DSC试验中,煤的氧化燃烧过程可分为5个阶段,对应于4种特征温度。其中过渡稳定阶段指煤的质量保持稳定,是失重到增重的过渡态,且不同自燃性煤每个阶段持续时间及阶段性特征温度存在显著差异。     

煤自燃预测气体及活化能变化研究

为了研究煤在低温阶段的自燃活化能及气体产生规律,基于耗氧量与煤温间的计算模型,利用煤氧化动力学测试系统,分析了3种不同自燃性煤的低温氧化表征。结果表明:1)随着煤自燃倾向性增强,煤的耗氧量和耗氧速率逐渐增大,且其耗氧速率急剧增大的拐点温度逐渐升高;2)不同自燃性煤活化能变化规律存在显著差异,利用阶段耗氧量拐点计算出铜川和大同煤样温度分别为203℃、228℃时,活化能快速减小,开始进入自发氧化阶段;晋城煤样活化能经历先减小后增大的过程,其中过渡温度段91~135℃时,活化能最小;同时拟合出活化能(E)与指前因子(A)关系式满足动力补偿效应,验证了机理函数的合理性;3)依据复合气体CO_2/CO、CH_4/C_2H_6、C_2H_4/C_2H_6、C_3H_8/C_2H_6随温度的变化趋势,结合煤低温氧化特性,可预测煤样的氧化进程和煤体温度。     

基于活化能指标的煤自燃最佳含水率研究

为研究水分对煤热分析特性的影响,以葫芦素2-1煤为研究对象,应用同步热分析仪研究了煤的热行为,获得了不同含水率煤样的TG-DSC曲线,根据特征温度将煤自燃过程分为5个不同反应阶段。采用Coats-Redfern积分法,基于9种不同动力学机制模式函数分别对不同反应阶段的数据就ln[g(a)/T2]对1/T进行相关性分析,求解了不同含水率煤样的动力学参数。结果表明:水分对煤自燃过程的影响是双重的;依据相关系数最大原则,确定不同含水率煤样在吸氧增重阶段是1级反应,其活化能表征了煤的氧化能力;将煤样在水浸前后吸氧增重阶段的活化能差值与原煤样活化能的百分比定义为抑制率,提出用抑制率来评价水分对煤自燃的影响程度;根据抑制率最小准则,确定了葫芦素2-1煤自燃的最佳含水率约为12.01%。     

不同变质程度煤燃烧特性及动力学参数研究

为研究煤的变质程度对煤矿火灾时期煤燃烧放热特性的影响,选取6种不同变质程度煤样作为试验样品,采用STA-449C型同步热分析仪进行热重(TG)试验。研究煤样的质量变化、放热量变化规律。通过对TG曲线进行一阶微分得到煤样失重速率(DTG)曲线。利用Freeman-Carrol模型计算各煤样的燃烧反应动力学参数。结果表明:失重率和最大失重速率随着煤样变质程度升高逐渐降低,DTG曲线近似符合Gauss分布;初始放热温度T_(f_0)随着煤样水分含量升高而升高;煤样变质程度升高,特征温度点T_1,T_3,T_(s_1)与T_4呈线性增加,T_(f_0)与T_(s_0)呈线性下降趋势变化;放热量随煤变质程度升高呈指数关系变化,相同温度时,煤样变质程度越高放热量越小;煤化程度越高,综合燃烧特性指数S越大,放热量越大,失水活化能、着火活化能与燃烧活化能均升高。     

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.     

燃煤飞灰负载型碱基CO2吸收剂再生试验研究

采用热重分析方法研究了燃煤飞灰负载型碱基吸收剂脱除CO2的再生反应特性,同时介绍了燃煤飞灰负载型碱基吸收剂的制备方法,即向燃煤飞灰中添加KHCO3和黏结剂制备得到CO2干式吸收剂.针对不同升温速率和反应终温对吸收剂再生反应特性的影响规律进行试验分析,采用热分析动力学方法确定了吸收剂再生反应特性参数.结果表明:KHCO3负载于燃煤飞灰后,有利于提高颗粒的比表面积;在氮气气氛下,再生反应表观活化能为24～60 kJ/mol;反应速率和终温是再生反应的重要影响因素;当升温速率为10℃/min时,所需活化能最低,为24.8 kJ/mol,再生性能最好;再生反应的起始温度为100～ 150 ℃,终止温度为225～275℃.     

硫化亚铁氧化反应的研究

为了掌握自燃性低的FeS的氧化自燃过程,为预防FeS自燃事故的发生提供理论基础,对不同纯度化学试剂FeS,利用定温、程序升温试验方法,结合XRD、TG-DTA、TG-DSC及化学分析的结果,研究其氧化反应历程.结果表明,不同纯度FeS氧化时,试样都经历了先失重后增重再失重的变化过程.首先失重的是试样中易挥发的杂质,250～300℃时试样质量开始增加,意味着FeS氧化反应的开始.在325～400℃范围内FeS氧化反应复杂,涉及化学反应多,试样质量随试验时间延长而增加,直至恒重,增重的主要物质经XRD表征和化学分析为FeSO4.试验温度达到480℃时,试样质量先增加后减小,增重的主要物质为Fe2(SO4)3,该温度下Fe2(SO4)3分解速率慢.在550～650℃内,Fe2(SO4)3热分解或FeS的完全氧化反应引起试样质量迅速减小.试验温度高于660℃时FeS发生完全氧化反应,最终产物为Fe2O3.具有不同氧化反应活性的FeS,其氧化反应历程也不同.     

一种炼焦煤尾煤热重动力学分析及热解产富氢气体

基于热重分析试验和固定床热解试验,研究了升温速率和温度对高矿物质含量的炼焦煤尾煤热解特性的影响.尾煤热解过程可分为室温～400℃、400～600℃及600～950℃3个阶段.采用CoatsRedfern积分法拟合计算了尾煤热解的动力学参数,表明炼焦煤尾煤热解反应过程可以用3个二级反应进行描述,其热解反应活化能介于22.6～66.2 kJ/mol.固定床试验结果表明,温度对尾煤挥发分的析出有重要影响,高温有利于尾煤中高分子有机组成裂解和挥发分析出,最终决定了尾煤的热解反应进程.600℃前气体缓慢析出,之后,随温度升高,气体产量和热值增加显著,H2和CO随温度升高而增加,CH4和CO2先增加后减少.H2在600℃前析出缓慢,600℃后大量析出,在900℃左右达到最大析出量,贯穿整个反应过程.CO在900℃左右达到最大析出量;CH4和CO2在800℃左右达到最大值,之后开始下降.终温950℃时,30 g尾煤热解产气4 300 mL,H2产量1 722mL;焦煤产气7 950 mL,H2产量2 716 mL.尾煤热解富H2体产量达焦煤热解气产量的54％,具有较高的再利用价值.