固相有機(jī)材料熱解與氧化特性評(píng)估技術(shù)的理論研究.pdf

1、材料熱解、氧化特性以及自加熱傾向性的量化分析是材料制備、加工和利用過(guò)程中熱安全評(píng)估的重要組成部分。本項(xiàng)工作分別以森林火災(zāi)中的主要燃料-----樹(shù)葉和能源工業(yè)中易構(gòu)成自加熱甚至自燃的煤炭為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)大量葉樣熱解和氧化熱重實(shí)驗(yàn)動(dòng)力學(xué)過(guò)程的理論解析以及理論跟蹤煤樣在特定升溫環(huán)境中的熱響應(yīng)，探討了先進(jìn)非線性動(dòng)力學(xué)解析技術(shù)和典型的煤自加熱傾向性評(píng)估技術(shù)的可靠性、適用性。在豐富特定樣品熱解、氧化和自加熱傾向性科學(xué)認(rèn)識(shí)的同時(shí)，揭示材料屬性間的聯(lián)

2、系與區(qū)別。
　　 采用多組分平行反應(yīng)模型并結(jié)合非線性最小二乘擬合技術(shù)，對(duì)樹(shù)葉在惰性氛圍中的熱重(TG)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行動(dòng)力學(xué)過(guò)程的解析，理論上跟蹤各組分的熱解特性和規(guī)律。解析結(jié)果表明：材料工業(yè)分析中揮發(fā)分含量對(duì)應(yīng)于半纖維素和纖維素?zé)峤鈿怏w產(chǎn)率，揮發(fā)分含量高，材料的熱穩(wěn)定性較差，可燃性較強(qiáng)；而固定碳則取決于木質(zhì)素含量，固定碳含量高，材料的熱解活性較弱，熱穩(wěn)定性較強(qiáng)。這為其他學(xué)者采用工業(yè)分析中揮發(fā)分和固定碳含量作為評(píng)判樹(shù)葉熱穩(wěn)定性的指標(biāo)

3、提供了理論基礎(chǔ)。
　　 通過(guò)對(duì)不同樹(shù)葉熱解過(guò)程中呈現(xiàn)出的6種完全不同類型DTG曲線順利解析，證明了非線性動(dòng)力學(xué)解析技術(shù)的普適性和可靠性。從組分貢獻(xiàn)角度認(rèn)識(shí)到構(gòu)成不同類型DTG曲線的根源為不同樹(shù)種相同組分的具體化學(xué)結(jié)構(gòu)和含量上的區(qū)別。基于傳統(tǒng)動(dòng)力學(xué)解析技術(shù)中Friedman法開(kāi)發(fā)的峰值法求解得到了部分樹(shù)種樹(shù)葉特定組分的熱解動(dòng)力學(xué)參數(shù)值，進(jìn)一步驗(yàn)證了非線性動(dòng)力學(xué)解析結(jié)果的準(zhǔn)確性。
　　 依據(jù)連續(xù)和平行反應(yīng)模型并結(jié)合非線性動(dòng)力

4、學(xué)解析技術(shù)獲取了樹(shù)葉復(fù)雜氧化過(guò)程的組分反應(yīng)動(dòng)力學(xué)信息，明確了其中三個(gè)具體的氧化反應(yīng)，即前期纖維類物質(zhì)氧化、焦炭的氧化及高溫下多類物質(zhì)的類燃燒反應(yīng)。非線性動(dòng)力學(xué)解析技術(shù)不但可以通過(guò)設(shè)定合理的反應(yīng)模型快捷而可靠地解析出多組分同步反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)值，還可以推廣用于評(píng)估固相材料的氧化反應(yīng)活性和自加熱傾向性等方面。
　　 通過(guò)模擬再現(xiàn)了文獻(xiàn)中傳統(tǒng)交叉點(diǎn)溫度法對(duì)煤的測(cè)試結(jié)果，認(rèn)識(shí)到傳統(tǒng)的交叉點(diǎn)溫度（傳統(tǒng)CPT）是評(píng)價(jià)物質(zhì)自燃傾向性的重要參數(shù)

5、。衍生出的評(píng)估參數(shù)HR和綜合指標(biāo)FCC則在樣品的CPT值較為接近時(shí)，可以從樣品的產(chǎn)熱能力上進(jìn)一步表征物質(zhì)的自加熱能力。
　　 針對(duì)近代版交叉點(diǎn)溫度測(cè)試技術(shù)即Chen's和Jones’方法中的科學(xué)問(wèn)題，從測(cè)試樣品中心微元的能量平衡方程入手，跟蹤其焓變項(xiàng)與自加熱熱源項(xiàng)隨時(shí)間的變化，揭示交叉點(diǎn)溫度(CPT)物理本質(zhì)是樣品中心附近向中心微元導(dǎo)熱變成中心微元向外導(dǎo)熱的轉(zhuǎn)變溫度，與放熱反應(yīng)的表觀活化能直接關(guān)聯(lián)的。計(jì)算統(tǒng)計(jì)獲取的溫度參考點(diǎn)設(shè)定