固相有機材料熱解與氧化特性評估技術的理論研究.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、加工和利用過程中熱安全評估的重要組成部分。本項工作分別以森林火災中的主要燃料-----樹葉和能源工業(yè)中易構成自加熱甚至自燃的煤炭為研究對象，通過對大量葉樣熱解和氧化熱重實驗動力學過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，探討了先進非線性動力學解析技術和典型的煤自加熱傾向性評估技術的可靠性、適用性。在豐富特定樣品熱解、氧化和自加熱傾向性科學認識的同時，揭示材料屬性間的聯

2、系與區(qū)別。
　　 采用多組分平行反應模型并結合非線性最小二乘擬合技術，對樹葉在惰性氛圍中的熱重(TG)實驗結果進行動力學過程的解析，理論上跟蹤各組分的熱解特性和規(guī)律。解析結果表明：材料工業(yè)分析中揮發(fā)分含量對應于半纖維素和纖維素熱解氣體產率，揮發(fā)分含量高，材料的熱穩(wěn)定性較差，可燃性較強；而固定碳則取決于木質素含量，固定碳含量高，材料的熱解活性較弱，熱穩(wěn)定性較強。這為其他學者采用工業(yè)分析中揮發(fā)分和固定碳含量作為評判樹葉熱穩(wěn)定性的指標

3、提供了理論基礎。
　　 通過對不同樹葉熱解過程中呈現出的6種完全不同類型DTG曲線順利解析，證明了非線性動力學解析技術的普適性和可靠性。從組分貢獻角度認識到構成不同類型DTG曲線的根源為不同樹種相同組分的具體化學結構和含量上的區(qū)別。基于傳統動力學解析技術中Friedman法開發(fā)的峰值法求解得到了部分樹種樹葉特定組分的熱解動力學參數值，進一步驗證了非線性動力學解析結果的準確性。
　　 依據連續(xù)和平行反應模型并結合非線性動力

4、學解析技術獲取了樹葉復雜氧化過程的組分反應動力學信息，明確了其中三個具體的氧化反應，即前期纖維類物質氧化、焦炭的氧化及高溫下多類物質的類燃燒反應。非線性動力學解析技術不但可以通過設定合理的反應模型快捷而可靠地解析出多組分同步反應的動力學參數值，還可以推廣用于評估固相材料的氧化反應活性和自加熱傾向性等方面。
　　 通過模擬再現了文獻中傳統交叉點溫度法對煤的測試結果，認識到傳統的交叉點溫度（傳統CPT）是評價物質自燃傾向性的重要參數

5、。衍生出的評估參數HR和綜合指標FCC則在樣品的CPT值較為接近時，可以從樣品的產熱能力上進一步表征物質的自加熱能力。
　　 針對近代版交叉點溫度測試技術即Chen's和Jones’方法中的科學問題，從測試樣品中心微元的能量平衡方程入手，跟蹤其焓變項與自加熱熱源項隨時間的變化，揭示交叉點溫度(CPT)物理本質是樣品中心附近向中心微元導熱變成中心微元向外導熱的轉變溫度，與放熱反應的表觀活化能直接關聯的。計算統計獲取的溫度參考點設定