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基于密度泛函理论的棕榈酸热解机理

石油学报（石油加工） 2022年第6期38卷 1380-1387页

作者：秦富强田红郭晓娟何正文危洋岳刘亮赵斌长沙理工大学能源与动力工程学院湖南长沙410015 东莞理工学院化学工程与能源技术学院广东东莞523808

为了探究微藻脂肪酸热解过程,采用密度泛函方法M062X/6-31G(d,p),以棕榈酸为模型化合物,设计了2条热解反应路径,对反应路径中的反应物、产物、中间体和过渡态进行了能量梯度全优化以及振动频率计算,并采用热裂解气相色谱(PY-GC/MS)分析... 详细信息

为了探究微藻脂肪酸热解过程,采用密度泛函方法M062X/6-31G(d,p),以棕榈酸为模型化合物,设计了2条热解反应路径,对反应路径中的反应物、产物、中间体和过渡态进行了能量梯度全优化以及振动频率计算,并采用热裂解气相色谱(PY-GC/MS)分析了棕榈酸在不同热解温度下的产物分布,基于模拟及实验结果研究了各反应路径主要热解产物的形成演化机理以及热解实验过程中热解温度对热解机理的影响。结果表明:棕榈酸热解反应过程中,以脱COOH基团和CH_(3)^(+)基团反应路径为主,产物为正十五烷和1-十四烯,同时脱C—O基团反应路径作为其竞争路径,产物为1-十五烯和1-十三烯;热解产物以烷烃和烯烃为主,随着热解温度升高,烷烃和烯烃的含量呈明显上升趋势。棕榈酸在热解过程中会形成大量的挥发性化合物,产生高品质的轻烃类化合物,其中以正十五烷、1-十四烯和1-十三烯为主,与量子化学模拟的模型化合物热解反应路径结果基本一致。

关键词：微藻棕榈酸热解机理 PY-GC/MS 密度泛函理论

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热重分析技术及其在高分子表征中的应用

高分子学报 2022年第2期53卷 193-210页

作者：谢启源陈丹丹丁延伟中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心合肥230026

热重分析技术(TGA)是在程序控制温度和设定气氛下表征材料受热过程中的质量随温度或时间变化的高精度研究工具,具有重复性好、灵敏度高和热过程控制精准等优点.近年来,TGA技术在高分子材料领域得到了广泛应用,促进了高分子材料热稳定性... 详细信息

热重分析技术(TGA)是在程序控制温度和设定气氛下表征材料受热过程中的质量随温度或时间变化的高精度研究工具,具有重复性好、灵敏度高和热过程控制精准等优点.近年来,TGA技术在高分子材料领域得到了广泛应用,促进了高分子材料热稳定性、组成分析以及热分解机理等材料细观热响应特性的深入研究.本文分别从热重分析基本原理、仪器校准、实验方案设计、实验操作、热重曲线综合解析以及各环节中易出现的不当操作、异常数据与解决方案等方面进行阐述,并给出了在高分子科学研究领域中的典型应用案例、未来发展趋势及机遇与挑战.在实际应用中,基于TGA与傅里叶红外光谱(FTIR)、示差扫描量热法(DSC)、气相色谱-质谱联用(GC/MS)等技术的联用分析,将有利于进一步揭示高分子材料在不同气氛和热激励等条件下的详细热响应信息,为性能优异的新型高分子材料研发与设计、热解机理及燃烧蔓延动力学等领域提供支撑和指导.

关键词：热重分析技术曲线解析热稳定性热解机理案例分析

螺环磷酰咪唑阻燃棉织物的热解挥发物分析及热解机理推测

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应用化学 2023年第3期40卷 380-388页

作者：许祥民邓杰杜雨琪沈红亮安泽坤孙才英东北林业大学化学化工与资源利用学院黑龙江省高校阻燃新材料重点实验室哈尔滨150040

在研究螺环磷酰咪唑(Fr)对棉织物的阻燃性能、力学性能和火行为的影响基础上,采用同步热分析红外(TG-IR)对螺环磷酰咪唑阻燃棉织物(Fr-cotton)的热解挥发物成分进行了研究。结果发现,螺环磷酰咪唑酯(Fr)是一种良好的棉织物阻燃剂,减少... 详细信息

在研究螺环磷酰咪唑(Fr)对棉织物的阻燃性能、力学性能和火行为的影响基础上,采用同步热分析红外(TG-IR)对螺环磷酰咪唑阻燃棉织物(Fr-cotton)的热解挥发物成分进行了研究。结果发现,螺环磷酰咪唑酯(Fr)是一种良好的棉织物阻燃剂,减少棉织物热解挥发物的生成量,使棉织物的极限氧指数(LOI)值从18.7%提高到36.6%,600℃时的残留从8.6%提高到28.5%。复配聚磷酸铵(APP)和氧化铈(CeO_(2),标记为MO)之后,棉织物的热分解挥发物进一步减少,主要成分仅为水和CO_(2)/CO,LOI值进一步提高到43%,600℃时的残留量提高到42.6%。说明阻燃剂主要在凝固相起作用,增加了残留物的量,减少了挥发物的生成,改变了棉织物的热解途径。棉织物热解通过左旋葡聚糖和呋喃类物质分解生成小分子挥发物,阻燃剂则催化棉织物直接脱水炭化分解。这一结论可以为棉织物阻燃剂的选择提供理论支持。

关键词：阻燃棉织物热解挥发物热解机理

湿法冶金结合喷雾干燥-热解工艺纯化和控制钨颗粒

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稀有金属材料与工程 2021年第4期50卷 1241-1246页

作者：李安金赵盘巢易伟辛泽娜李鸿鹏逄芳钊李继刚姚陈思琪昆明贵金属研究所稀贵金属材料综合利用先进技术国家重点实验室云南昆明650106 西北有色金属研究院陕西西安710016

钨因其独特的物理化学性能而被广泛的应用于半导体和高温材料。依次采用离子交换、溶剂萃取、重结晶、喷雾干燥和煅烧还原的方法对钨酸铵进行处理,成功制备出高纯、分散性好的微米级球形钨粉。其中,利用湿法冶金去除原料中的杂质金属,... 详细信息

钨因其独特的物理化学性能而被广泛的应用于半导体和高温材料。依次采用离子交换、溶剂萃取、重结晶、喷雾干燥和煅烧还原的方法对钨酸铵进行处理,成功制备出高纯、分散性好的微米级球形钨粉。其中,利用湿法冶金去除原料中的杂质金属,喷雾干燥和煅烧还原过程控制最终钨粉形貌结构和粒径分布。研究了喷雾干燥过程中溶液浓度对雾化粉末形貌的影响规律,并揭示了雾化粉末分解还原过程中的机理。结果表明,该方法制备出的钨粉纯度高于99.995%,平均尺寸约为1.5μm。本研究中的湿法冶金和粉末技术可用于合成其它具有高性能要求的金属粉末。

关键词：高纯度分散性良好微球形溶液浓度热解机理

螺[4,5]-癸烷和螺[5,6]-十二烷燃料热解机理及反应动力学研究

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燃料化学学报（中英文） 2024年第7期52卷 1020-1034页

作者：王鸿燕孙欣悦周雨柔刘国柱王宇桐曹景沛中国矿业大学江苏省碳资源精细化利用工程研究中心江苏徐州221116 天津大学化学工学院教育部绿色化学技术重点实验室天津300072 沈阳化工大学化工学院辽宁沈阳110142

采用B3LYP/6-311++G(d,p)和反应性分子动力学方法,对螺[4,5]-癸烷(C_(10)H_(18))和螺[5,6]-十二烷(C_(12)H_(22))的热解机理进行研究,揭示不同碳环结构和尺寸效应对燃料初始分解反应活性及小分子和芳烃产物生成行为的影响。结果表明,两... 详细信息

采用B3LYP/6-311++G(d,p)和反应性分子动力学方法,对螺[4,5]-癸烷(C_(10)H_(18))和螺[5,6]-十二烷(C_(12)H_(22))的热解机理进行研究,揭示不同碳环结构和尺寸效应对燃料初始分解反应活性及小分子和芳烃产物生成行为的影响。结果表明,两种螺环烷烃燃料初始分解路径相似,均通过单分子碳碳键解离发生开环异构反应和小分子自由基进攻燃料母体的氢提取反应而消耗。相较于C_(10)H_(18),C_(12)H_(22)中分子张力更大的七元环使速控步碳碳键及碳氢键能更低,导致燃料呈现出更低的初始分解温度和更高的反应活性。两种螺环燃料初始分解产生的自由基进一步影响了C1−C7小分子烃类和环烯产物的生成。其中,乙烯的生成始终占据主导地位。由于螺环尺寸效应的影响,链烃和环烯烃的生成表现出明显的结构差异性。对于C_(10)H_(18)分解而言,生成大量的五元环烯产物,包括环戊二烯、环戊烯、富烯、甲基环戊二烯和甲基环戊烯;而C_(12)H_(22)中更大的七元环结构,将生成对应的七元环烯产物(环庚烯、亚甲基环庚烷)。

关键词：螺环烷烃高密度燃料热解机理反应动力学密度泛函理论

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碱土金属离子Ca和Mg催化木质素二聚体热解过程的机理研究(英文)

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燃料化学学报(中英文) 2024年

作者：蒋晓燕李一鸣汤溧杜晓娇代兰花胡斌常州工学院光电工程学院华北电力大学新能源发电国家工程研究中心

研究碱土金属对木质素热解机理及产物的影响规律对木质素/生物质的高效热化学转化利用具有重要的意义。本研究采用密度泛函理论方法，对碱土金属离子(Ca2+、Mg2+)作用下的β-O-4型木质素二聚体模型化合物(2-[2-(4-甲氧基苯基)乙氧基]-... 详细信息

研究碱土金属对木质素热解机理及产物的影响规律对木质素/生物质的高效热化学转化利用具有重要的意义。本研究采用密度泛函理论方法，对碱土金属离子(Ca2+、Mg2+)作用下的β-O-4型木质素二聚体模型化合物(2-[2-(4-甲氧基苯基)乙氧基]-苯甲醚，mc)的热解反应路径进行了理论计算。计算结果表明，Ca2+和Mg2+会与木质素二聚体模型化合物mc的C_β位氧原子及甲氧基上的氧原子结合形成稳定的复合物，从而影响C_α-C_β和C_β-O的键长和热解反应能垒。在热解过程中，Ca2+和Mg2+会促进协同断裂反应的发生，从而促进产物1-甲氧基-4-乙烯基苯、2-甲氧基苯酚和邻苯二酚的生成；抑制C_α-C_β键和C_β-O键的均裂反应，从而抑制产物1-乙基-4-甲氧基苯、2-羟基苯甲醛的生成。

关键词：碱土金属离子木质素二聚体 β-O-4连接热解机理密度泛函理论

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废弃一次性医用外科口罩热解动力学分析

塑料 2024年第3期53卷 143-148页

作者：吴翰范方硕孙启坤刘硕尹凤福青岛科技大学机电工程学院山东青岛266100

为了研究一次性医用外科口罩的动力学特性,在非等温条件下,对口罩的各个组分及混合组分进行热重分析法(TGA)实验,实验结果表明,除了耳绳以外,其余部分裂解特性基本相似。利用无模型法F-W-O法、K-A-S法和Starink法得到的一次性医用外科... 详细信息

为了研究一次性医用外科口罩的动力学特性,在非等温条件下,对口罩的各个组分及混合组分进行热重分析法(TGA)实验,实验结果表明,除了耳绳以外,其余部分裂解特性基本相似。利用无模型法F-W-O法、K-A-S法和Starink法得到的一次性医用外科口罩的平均活化能分别为214.4、213.5和213.1 kJ/mol,利用模型拟合法得到的活化能为216 kJ/mol,与聚丙烯的活化能值相差约5%。在升温速率为40 K/min的条件下,采用无模型法得到的活化能和模型拟合法的结果作为依据,推断出一次性医用外科口罩的热解机理属于随机成核随后生长模型,并构建补偿效应方程验证动力学参数的准确性,为废弃口罩裂解工艺设计和循环再利用提供了理论基础。

关键词：废弃口罩热解特性活化能热解机理补偿效应

含有典型C—C煤炭模型化合物热解过程的自由基调控机理研究

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煤炭转化 2023年第5期46卷 12-20页

作者：崔若彤陈曦乔英云田原宇中国石油大学(华东)重质油国家重点实验室山东青岛266580

煤本身是一种复杂的非均质混合物,含有大量的致密环状芳香烃。针对煤结构中各种C—C化学键,采用联苄、二苯甲烷、联苯作为煤C—C结构的模型化合物,分别在600℃,650℃,700℃,750℃下通过Py-GC/MS探究其热解产物分布情况;通过添加供氢溶剂... 详细信息

煤本身是一种复杂的非均质混合物,含有大量的致密环状芳香烃。针对煤结构中各种C—C化学键,采用联苄、二苯甲烷、联苯作为煤C—C结构的模型化合物,分别在600℃,650℃,700℃,750℃下通过Py-GC/MS探究其热解产物分布情况;通过添加供氢溶剂(hydrogen donor solvent,HDS)捕获中间自由基验证其反应路径的存在;利用Gaussian09,Shermo,选取M06-2X泛函、def2-TZVP基组,加上D03(0)色散校正计算化学键解离焓(BDE)。通过实验与模拟相结合的方式印证自由基路径的存在。同时,用Py-GC/MS进行不同温度的模型化合物的热解实验。结果表明:模型化合物的热解均为自由基路径;由于C—C键类型不同,模型化合物的热解程度不同。各个键按能垒由大到小排序依次为C_(ar)—C_(ar),C_(ar)—C_(al),C_(al)—C_(al),因此,热解程度由大到小的化合物依次为联苄、二苯甲烷、联苯。供氢溶剂可能会降低断键能垒;模型化合物热解中间自由基如苯基自由基和苯甲基自由基等可以被供氢溶剂提供的氢自由基稳定;温度不同,断键比率发生变化,说明产生自由基比率发生改变。在700℃和750℃下,联苄两条反应路径的断链速率比分别为4.783×10^(8)和1.503×10^(8),证明温度会改变化学键的断键速率,但不改变主要热解路径。

关键词：模型化合物热解机理自由基 C—C键煤

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生物炭基材料在抗生素废水处理中的研究进展

化工进展 2021年第S02期40卷 389-401页

作者：姜记威张诗轩曾文炉李凤祥南开大学环境科学与工程学院天津300350

生物炭是一种由生物质原料热解而成的稳定多孔碳材料。目前,生物炭及其碳基材料作为功能材料因其在一定程度上不仅实现了废弃物的合理资源化利用,而且兼具经济与环境效益而倍受研究者关注。本文综述了生物炭的生物质原料种类、生物炭在... 详细信息

生物炭是一种由生物质原料热解而成的稳定多孔碳材料。目前,生物炭及其碳基材料作为功能材料因其在一定程度上不仅实现了废弃物的合理资源化利用,而且兼具经济与环境效益而倍受研究者关注。本文综述了生物炭的生物质原料种类、生物炭在不同成分下(纤维素、半纤维素、木质素)的形成机制及表面特性;重点介绍了生物炭的改性技术,主要包括物理化学处理、杂原子掺杂、金属元素掺杂、多种元素共掺杂以及制备工艺的改良等,生物炭改性的目的是为了增加其比表面积、反应活性位点和官能团,改良孔隙结构和无机成分,从而提高它在修复环境污染的性能;然后综述了生物炭作为优良吸附剂或催化剂在用于抗生素废水的具体应用及其去除机理。最后指出生物炭虽被证明了具备去除水中各类抗生素的潜力,但在材料本身的优化以及工程抗生素废水应用中仍有一些需要填补的知识空白。

关键词：生物炭热解机理生物炭改性吸附剂催化剂抗生素