固相有机材料热解和氧化特性评估技术理论地研究

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1、UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationformaster’SdegreeTheoreticalStudyofTechniquesforEvaluatingPyrolysisandOxidationPropertiesofOrganicMaterialsAuthor’SName"YinWangspeciality-Safety7lechnologyandEngineeringSupervisor：Prof．IIai—huiWangFinishedtime：May，2012

2、中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同j卷对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：签字日期：中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据

3、库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。口公开口保密(——年)作者签名：南五哆、签字同期：丝!生P导师签名：签字R期：王刍碍够l：2of卫．毛．弓摘要摘要材料热解、氧化特性以及白加热倾向性的量化分析是材料制备、加工和利用过程中热安全评估的重要组成部分。本项工作分别以森林火灾中的主要燃料一树叶和能源工业中易构成自加热甚至自燃的煤炭为研究对象，通过对大量叶样热解和氧化热重实验动力学过程的理论解析以及理论跟踪煤样在特定升温环境中的热

4、响应，探讨了先进非线性动力学解析技术和典型的煤自加热倾向性评估技术的可靠性、适用性。在丰富特定样品热解、氧化和自加热倾向性科学认识的同时，揭示材料属性间的联系与区别。采用多组分平行反应模型并结合非线性最dx-乘拟合技术，对树叶在惰性氛围中的热重(TG)实验结果进行动力学过程的解析，理论上跟踪各组分的热解特性和规律。解析结果表明：材料工业分析中挥发分含量对应于半纤维素和纤维素热解气体产率，挥发分含量高，材料的热稳定性较差，可燃性较强；而固定碳则取决于木质素含量，固定碳含量高，材料的热解活性较弱，热稳定性较强。这为其他学者采用工业分析中挥

5、发分和固定碳含量作为评判树叶热稳定性的指标提供了理论基础。通过对不同树叶热解过程中呈现出的6种完全不同类型DTG曲线顺利解析，证明了非线性动力学解析技术的普适性和可靠性。从组分贡献角度认识到构成不同类型DTG曲线的根源为不同树种相同组分的具体化学结构和含量上的区别。基于传统动力学解析技术中Friedman法_丌发的峰值法求解得到了部分树种树叶特定组分的热解动力学参数值，进一步验证了非线性动力学解析结果的准确性。依据连续和平行反应模型并结合非线性动力学解析技术获取了树叶复杂氧化过程的组分反应动力学信息，明确了其中三个具体的氧化反应，即前

6、期纤维类物质氧化、焦炭的氧化及高温下多类物质的类燃烧反应。非线性动力学解析技术不但可以通过设定合理的反应模型快捷而可靠地解析出多组分同步反应的动力学参数值，还可以推广用于评估同相材料的氧化反应活性和自加热倾向性等方面。通过模拟再现了文献中传统交叉点温度法对煤的测试结果，认识到传统的交叉点温度(传统CPT)是评价物质自燃倾向性的重要参数。衍生出的评估参数ItR和综合指标FCC则在样品的CPT值较为接近时，可以从样品的产热能力上进一步表征物质的白加热能力。针对近代版交叉点温度测试技术即Chen’S和Jones‘方法中的科学问题，从测试样品

7、中心微元的能量平衡方程入手，跟踪其焓变项与自加热热源项随时间的变化，揭示交叉点温度(CPT)物理本质是样晶中心附近向中心微元导热变成中心微摘要元向外导热的转变温度，与放热反应的表观活化能直接关联的。计算统计获取的温度参考点设定最远位置的经验表达式，可以为实际工程测量提供理论参照。关键词：固相材料、热解特性、氧化活性、自加热倾向性、动力学解析、交叉点温度AbstractThequantitativeanalysesonpyrolysisandoxidationpropertiesofmaterialsaswellastheirtende

8、ncytoself-heatingaremajorapproachesforassessingthethermalsafetyofmaterialsintheirpreparation，processingandutil