固体热分解动力学机制的研究
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b mp e n t g meh di loefce t n ted c mp st n r t f St y i rg ai to as fiin e o o i o  ̄cmno n s i h i o
采用 北京光学 仪器 厂生产 的 L 一 高温豫分差热天平进行实验。 c 2
2 . 算 方 法 计
表 1列 出了 本 文 引用 的 固 态 分 解 反 应 机制 及 方 程 。我 们 将 从 中 选择 出本 研 究过 程 可能 遵
’
循 的 反 应 机制 , 并得 到 动 力 学 参 数 。 表 1 本 文 所 引用 的 固 态 热 分 解 反 应 的 机 制
I
.
Th r l De o p s t o f Hy r g n Su f d v r C t l s s e ma c m o i i n o d o e l i e o e a a y t
Zh n h a Te Ytn i a g Yi u , ng u e ,Ze g Xi a a g a d W a g Zhy n o k n n n iu
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・聃2 ・
程, 但 是 实 际 应 j 叶需 进 行 先 假 设 动 力 学 机 制 , 冉 选 择 数 学 处 理 方 法的 复杂 过 程 。 l , 列此
准 确 地 确 定 反应 机制 是研 究 固 态 热 分解 反应 动力 学 中 的一 个 重要 内容 。 本 文 利 用 热 失 重 技术 , 以碳 酸 钙 为 模型 物质 , 对 在 不 同 条 件下 热 分 解 的 机制 和动 力 学 规
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,
一
Re er d d t: 1% - 1 2 eie ae 9 10—5
固 体 热 分 解 动 力 学 机 制 的 研 究
冯 仰 婕 陈 炜 卸 文 报
(化 学
系)
提要 : 耕 用 热 失重 技 术 , 以碳 酸 钙 寿槿 型 转 质 ,进 行 7样 品 质 量 寿2 5 — .2 1 .7mg 8 3 、升 温 速 率 为 2 0 mi 的 不 同 备 件 下 的 非 等温 热 分解 研 究 。 对 茂 ~2 ℃/ J 1 进 的 积分 法和 C asR e ot— 酣fr 法 的计 算 结 果进 行 7对 比 。 确 定 T碳 酸 钙 热 分 解 n方 速 率 蹙 相界 反 应控 制 的机 制 , 热 分 解 的活 化 能 为2 0 3 0 to, 频率 因子 为 5 ̄ 7 k o l 2 6 ×1 一 3 4 .5 0 .9x1 ¨。 研 完 了升 温 速 率 和 样 品 质量 对 碳 酸 钙热 分解 的 影 l 0 睛 以夏 热分 解 过 程 的 补偿 效 应规律 。 关键 词: 热 分解 法 ;l 力学 ; 热 分析 { 碳 酸 钙 补 偿 效 应 动 、 中 图 分类 号 :08 2.;06 3 1 4 3 4 .2 固 体 热 分 解 过 程 是 一 非 均 相 过程 。 已有 的 研 究 表 明 , 这 种 过 程 机 制 有 如下 几种 , 扩
散 ( 一 、 二 、三 维 扩 散 )、随 机 核 化 及成 长 、 相界 反 应 等 ,或 这 几 种 机 制 的 组 台 。同 时, 如
在 利 用 非 等 温 TG法 研 究 动 力 学 机 制 、求 解 动 力 学 参 数 中 , 也提 出 了许 多 对 应 的 机制 方 程和
求解方法 ( 如积分法 、微分法 最大反应速率法等 ),而且大部分都 有着严格 的数学推 导过
( ) 将 其 变 形 取 对 数 , 则 可 以得 到 方 程 ( ) 3, 6,
, ) n (
(半 ) 一 卜吉 一
c, s
以 l(( ; 】 1r作图 ( 方程 回归 ) 当所 选择 的机制方程 正 确时, 即可辑到 活化能 ng al 对 / 或 , 和频 率 因 子 A 。 .
( h mi lP y i a . C e c h s sL b) a c
Ab t a t Th a a y i h r l e o o i o f d o e u fd o h d o c n u f r sr c : ec l l t t e ma c mp st n o c d i hy r g n sl i e t y  ̄ g n a d s l u
通 过 以上 方 法 确 定 出分 解 反 应 机 制 并 计 算 出动 力 学 参 数 后, 即可 进 行 如下 的 _ 力学 }偿 动
效应关系 的分析:
1 nA = +b (T)
3 结 果 及 讨 论
采 用 改进 的 积 分方 法 和 C asR de ot efr 法 对 于不 同 升 温速 率 和不 同 样 品质 量下 的 动力 学 — n方
=
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= a r
f5)
G )= 一E R / T+C n t t o s n a
若 ,口 选 择 正 确 , 则 G ) 1 作 图 可 得 到 一 条 直 线 , 由 直 线 的 斜 率 即 可 求得 活 能 () 对 /
E。将 E代 八 方 程 ( 4)便 可 得 到频 率 因子 A 。 我 们 用 C asR de 法作 为 对 比 。 C a — e f 法 中取 P ) 似 式的 前 三 项 代 八 方 ot e fm ot R de s m 近 坚
a d S A n .
c l rp wa sd f r rc v rn u u n it a oa i e a u o ss l t n f r a sr t g od ta su e o o e ig s l r a d de n l n q e u o ui o bo pi e f h m o n u ra tdh d g n' liei r rt b i ih p rt y r g n Th p i l y ∞g n yed n e ce y r e s fd n o d oo t n h g u iyh d o e . o u e a eo t ma d e il h
ຫໍສະໝຸດ Baidu
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职
= 号 p WT ( Rd _ )
,
所 以 , 方 程 ( ) 边 积 分 为 2右
g口 ( )~ AE p( x)
( 中 =一E RT) 式 /
(3)
P( ) 采 用 各 种 级 数 展 开 式 来 近 衄 。 这 里 引 用 C a ̄Rede 出 的展 开 式t 有 x可 ot d n提 一
( . 5 ) a o t nd y s g2 Vz 5 2 4 0 w s ba e i 0 i b un O +1  ̄Mo #A O t t t 0 ℃. O h 3a 0 ca a6
K e wo ds c ll s; h d g n u f r i r g a i n; h d o e u fd ;c t l t h r l y r : a ay t y r e ;s l u ; mp e n t o o y r g ns l e i aa y i t e ma c
根据 j等 温反 应动力学理论,线 性升温条件下 的固态 热分解 反应动力 学方 程为: E
一
d T= / ep 一 / T , ) d A 口 x ( E  ̄ )・
( ) I
其 中 口为某一 时 刻 固体 的失 重 百分 率; T为 对 应 的 温度 , 单 位 为 K;, )为 动 力 学 机制 , 是
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VoI1 . . 7No 5
1 1 1 99 - O
华
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化
工
学
院
学
报
J our nal Ea t 0f s Chi s i ut 0f na Il t t e r Che i aITe nol m c ch ogy
Re o r H yd og n n Sulur c ve y of r e a d f fo r m De o p ii n f c m osto o Hyd og n uli e r e S fd
J 1O
算又 是十 分 繁 杂 的 , 多种 近 似 式 的 存 在 也产 生 了选 择 上 的 困 难 , 同 时 频 率 因 子 的确 定 中 也 将
遇 到 温度 基 准 的选 择 问 题 。 为 此 , 我 们 将一 种 改进 的 积 分 方 法 应 用 于 计 算 中, 同 时 利 用
)= 2 / e p 一E/ ) RT E)x ( RT
(4 )
根 据 P a ns 一 的建 议, 将方 程 ( ) 人 方 程 ( ) h d i z等 1代 4 中, 重 新 整 理 可 得 到下 式
【 一 ] 譬 警 鲁
由 于 2 JE RT / 和 J , E相 比 很 小, 故 前者 可 以 忽略 不 计 , 整 理 并 积 分 则 有
律 进 行 了研 究 , 并 研 究 其 补 偿 效 应 规 律
1 实 验 部 分
选 择 碳 酸 钙 ( R- A. )作 为模 型 物质 。 因 为 其 分 解产 物 确 定 , 许 多 可供 参考 的数 据 , 有 同时 有 许 多不 同的 工 业 应用 。 如 石灰 窑 烧 、 泥 生 产 , 水 烟道 气 脱硫 等 参 比物 选 择 口 Al ( R-。 一 A- ) O3 样 品 质 量 和 升 温速 率的 范 围 分别 为 2 5  ̄ 1 .7mg和 2 2 ℃/ i, 在 静 态 空 气 气 氛 下 , .2 8 3 — O rn a
口的 函 数;^ 为频 率 因子 , 为 活 他能 ,R 为摩 尔 气 体 常 数 ,F为 升温 速 率 。
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处 理 上 述 方 程 常 用 的方 法有 积 分法 和微 分法 。大 多数 情 况下 , 实 验 数 据 为 r 一口, 采 用
微 分法 时,将会 遇到 易g八较 大误差 d/T的求得 问题; 温度 函数 I ep 一 / T d l ad x ( E R ) T的计
Wa tde n ac n i u u lw  ̄tm ng P rx tb e co t 4 0 6 0℃ . A eiso Ssu ldi o t o s o s e t n f  ̄i ye u er a tra 5  ̄ 0 sre f
ctls ee r ae yi rg aiga dmimr gme d . H d gnyedwa mesrd aayi w r e rdb s p p mpe n t n x i  ̄o s n n y r e il s aue o
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蹦 £m 。方 法 与 之进 行 对 比 , 结果 表 明 改进 的方 法 是可 行的 。 e
将方程 (i 变 形积 分, 可得 到 _)
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咖 = : ,J 手 :
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(2)
为起始反应温度。由于通常在低温下反应速率很小,可忽略不 汁; 即
参 数进 行了计算 ,两种计 算方法的结果 相近。改避积分法在术解活化能 的方程 中排除了 温 速率 和频 率因子的影 响,所 以其计算 精度有所 提高 。表 2 和表 a 出了改进积 分法 的计算结 列
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采用 北京光学 仪器 厂生产 的 L 一 高温豫分差热天平进行实验。 c 2
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固 体 热 分 解 动 力 学 机 制 的 研 究
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