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.     

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.     

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.     

基于热重分析的油菜秸秆热解特性研究

采用热重及热重红外光谱联用技术(TG-FTIR)研究油菜秸秆在不同升温速率和粒径状态下的热解特性。结果表明:升温速率越高,油菜秸秆热解起始温度及失重峰所在温度越高;样品的粒径越小越有利于热解反应;使用电镜观察,热解前后秸秆内外层有明显变化,热解后的物料表面会出现大量褶皱和晶体状颗粒物质;热解分阶段进行,在20℃/min的升温速率下,FTIR检测出的主要热解气态产物为H2O、CH4、CO2、CO和部分气化状态的羰基类化合物、芳香族类化合物、胺类化合物。     

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。     

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.     

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。     

普通壁纸与防火壁纸热解特性的对比研究

利用热重分析仪对市场上两种壁纸(普通壁纸和防火壁纸)在不同气氛、不同升温速率条件下的热解特性进行了研究。实验结果表明:空气气氛下壁纸的失重温度区间相对N2气氛向低温区移动,总失重率增加,残碳量减少,热解更完全。随升温速率提高,壁纸的热解曲线有向高温区移动的趋势,增大升温速率使主要热解阶段初始热解温度升高,最大失重速率增加,总失重率增加,热解更完全。防火壁纸与普通壁纸相比不易分解燃烧,更有利于防火。     

煤质粉末活性炭自燃和热稳定性分析

针对煤质粉末活性炭最显著的热危险特性——自燃危险性进行试验。采用粉尘层最低着火温度测定系统对煤质粉末活性炭进行自燃试验,测定煤质粉末活性炭的最低着火温度;采用SDT Q600热重分析仪测定煤质粉末活性炭在氮气和空气气氛中以20℃/min的速率升温至700℃时的热解和燃烧特性,通过TG/DTG曲线计算其着火温度,并进行热稳定性评价。粉尘层自燃试验结果表明,煤质粉末活性炭最低着火温度为400℃,具有自燃危险性,易形成阴燃;氮气气氛中热解试验表明,热解过程经历了室温~120.0℃和280.0~700.0℃两次轻缓失重阶段,646.44℃时挥发分热失重速率最大,对应热失重速率峰值为0.082 6%/℃,自燃危险性较低;空气气氛中燃烧试验表明,燃烧过程经历了室温~95.5℃和300.0~600.0℃两次剧烈失重阶段,分别为吸附水分受热蒸发和氧化生成的有机官能团分解脱附导致,565.35℃时挥发分热失重速率最大,对应热失重速率峰值为13.20%/min,粉末较强的氧气吸附效应和较低的导热系数导致其自燃倾向较高,火灾危险性较大。     

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.     

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。     

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.     

升温速率及氧浓度对长焰煤煤氧复合过程特性的影响

利用热重试验对粒径小于0.2 mm的长焰煤煤粉进行了不同氧体积分数(21%、40%、50%、60%和80%)和升温速率(20℃/min、30℃/min、40℃/min、50℃/min和60℃/min)的25种工况下煤氧复合过程中热解特性的测定,分析了两种因素对各特征值的影响。结果表明:以热失重速率为基准,长焰煤在含氧气氛下的热解过程可分为失水失重阶段、氧化增重阶段及着火、燃烧和炭化3个阶段;通用着火特性指标越大,煤样燃烧特性越好,自燃点越小,煤样工业分析结果应与其实际生产过程中的自燃危险性相结合;升温速率不变时自燃点随氧体积分数上升而下降,而煤氧复合时间随氧体积分数上升呈现先降低再微弱增加的趋势;氧体积分数一定时自燃点随升温速率上升而上升,煤氧复合时间则随之下降。对自燃点及煤氧复合时间进行均值无量纲化,并将其与无量纲化升温速率进行拟合,决定系数(R~2)约为1.0;提出了煤氧复合难易程度参数(D),计算结果表明,即使自燃点随升温速率上升发生滞后,煤氧复合难度仍然减弱。     

氧气浓度和升温速率对煤自燃特性影响

为探究氧气浓度与升温速率对煤自燃特性的影响，利用TG/DSC-FTIR联用热分析技术测试3种不同变质程度的煤样在不同氧体积分数和不同升温速率下的放热特性，分析3种煤样在氧化过程中特征温度、热效应及标志性气体产生量等参数的变化规律。结果表明：氧体积分数一定时，升温速率越小，放热峰值、特征温度和指标气体释放峰值越向低温区偏移。在相同升温速率下，随着氧气体积分数的减小，煤氧化放热峰值温度降低；煤自燃指标气体峰值对应的温度逐渐向高温区域移动。煤变质程度增高，煤自燃特征温度呈增大趋势；放热量的峰值降低，对应的峰值温度增大；指标气体释放峰值温度增大，自燃危险性呈降低趋势。     

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.     

油污染场地土壤热解终温试验研究

目前,含油污染场地土壤处理中对终温影响的研究不够。采用固定反应床对该类污染土壤进行热解处理终温模拟试验。在升温速率、终温时间及真空度(20℃/min、30 min和70 k Pa)不变的条件下,考察了不同热解终温下热解残渣的含油率,并利用GC-MS对不同热解温度下含油土壤热解油进行了分析。结果表明:随热解终温不断提高,各试验土壤样品热解残渣的含油率均逐渐降低,0~260℃范围内热解残渣的含油率下降最快,其中260℃下热解速率分别为2.93mg/min、1.99 mg/min、1.57 mg/min、1.39 mg/min、1.15 mg/min,之后下降速率减缓,到300℃后基本保持不变;含油土壤最宜热解终温为260℃,此时含油土壤中石油烃质量比低于3 000 mg/kg(初始质量比为17 438~42 656 mg/kg);热解油中高分子碳氢化合物含量随热解终温不断提高而逐渐升高。     

热重-质谱联用研究城市生活垃圾热解特性

采用热重-质谱(TG-MS)联用技术研究城市生活垃圾的热解特性以及Ca O的添加对垃圾热解过程和挥发分析出特性的影响。结果表明,城市生活垃圾在热解过程于低温区(240~385℃)的失重主要是由于垃圾样品中纤维素和半纤维素的分解以及部分塑料的低温分解,而发生在385~500℃间的第二失重峰主要是由于塑料和木质素组分的分解。添加Ca O有利于城市生活垃圾在低温区域的热解,并且能减少焦油组分的逸出,减弱CO2气体的逸出强度,促进CH4和CO气体的释放,但对C2H6气体的释放影响较小。     

污水污泥热解试验研究

研究了热解终温对污水污泥热解产物产率的影响,对污泥热解油中的轻质组分进行了分析,并初步探讨了污泥热解残渣的基本性质.研究表明,热解终温为450～500℃时,液相产物产率较高,随着热解终温的升高,热解残渣减少的趋势与液相产物增加的趋势相似;450℃时得到的污泥热解油的轻质组分中主要含有烷烃类、烯烃类、腈类、含氮杂环化合物和单环芳香烃等;随着热解终温的升高,残渣表面越来越松散和粗糙;450℃时得到的热解残渣孔容积最大,而500℃时得到的残渣微孔最为发达,比表面积值最高.     

4种典型易燃烟煤的着火特性分析*

为了研究典型易燃烟煤的着火特性,预防和控制煤尘爆炸,采用粉尘云最低着火温度实验装置和同步热分析仪,分别研究崔木长焰煤、东荣二矿气煤、察哈素不粘煤和丁集焦煤4种烟煤在不同条件下的煤尘云最低着火温度和煤尘热解过程。研究结果表明:当煤尘云浓度从0.90 kg/m3上升到5.99 kg/m3时,4种煤尘的最低着火温度先降后升,在1.50 kg/m3煤尘云浓度时,4种煤尘的最低着火温度均达到最小,分别为450,580,610,620 ℃。随着升温速率的升高,煤的着火温度、峰值温度、燃尽温度和煤样最大放热量整体呈上升趋势,失重率整体呈下降趋势,在5~20 ℃/min的升温速率范围内,崔木长焰煤、东荣二矿气煤、察哈素不粘煤和丁集焦煤热解过程中的最小着火温度分别为354.17,404.37,443.18,484.13 ℃。4种烟煤的最低着火温度和热解过程中的最小着火温度有相对应关系,研究结论可为以上4个煤矿的具体煤样研究和数据分析提供参考依据。