当前位置：文档之家 › 热重分析反应动力学研究

热重分析反应动力学研究

  • 格式：ppt
  • 大小：1.32 MB
  • 文档页数：34

下载文档原格式

  / 34

合集下载

热重分析实验报告

热重分析实验报告

热重分析实验报告热重分析（Thermogravimetric analysis，简称TGA）是一种常用的热分析技术，通过测量样品在恒定升温速率下的质量变化，可以研究样品的热稳定性、减量过程、物质含量以及化学反应等信息。

本报告将介绍一次使用TGA技术进行的实验，并对实验结果进行分析和讨论。

1. 实验目的该实验的目的是研究聚合物样品在升温过程中的失重情况，从而了解聚合物的热分解温度、热稳定性以及降解产品的性质。

通过TGA实验可以为聚合物材料的设计合成、性能改进以及应用提供重要的参考依据。

2. 实验仪器和试剂本次实验采用的TGA仪器为型号X，试样为聚合物样品A。

试样经过粉碎和筛分，得到粉末状样品。

3. 实验步骤(1) 将粉末状样品A称取约100mg放入TGA样品分析容器中。

(2) 将样品容器放入TGA仪器中，设置升温速率为X℃/min。

(3) 开始实验，记录样品的质量变化情况，并实时监测样品的温度。

(4) 实验结束后，整理实验数据，进行结果分析。

4. 实验结果实验过程中，我们观察到样品A在升温过程中出现了质量减少。

根据实验数据绘制的质量-温度曲线图，我们可以发现样品A在温度区间X到Y之间发生了明显的失重现象。

进一步分析可以得出结论，样品A在这一温度区间发生了热分解反应。

5. 结果分析聚合物样品的热分解是一个复杂的过程，涉及到分子间的键断裂、自由基的形成以及产物的生成等反应。

通过TGA实验可以了解样品在不同温度下的重量变化情况，从而推测聚合物的热分解温度以及产物的性质。

根据实验结果，我们可以推测样品A在温度区间X到Y之间发生了主要的热分解反应。

随着温度的上升，样品A开始失重，并在温度达到Y时发生质量减少的最大速率。

这表明在这个温度区间内，样品A的热分解反应达到了最大速率。

在此基础上，我们可以进一步探究产物的性质和反应机理。

此外，在实验过程中还可以通过TGA仪器的联用技术，如TGA-FTIR（Fourier transform infrared spectroscopy）和TGA-MS （mass spectrometry）等，对产物的组成进行分析。

电石渣热分解反应动力学模型的热重实验研究

电石渣热分解反应动力学模型的热重实验研究

电石渣热分解反应动力学模型的热重实验研究电石渣是产生乙炔的副产品，其主要成分为氢氧化钙和氢氧化铝。

在高温下，电石渣可以发生热分解反应，产生大量的热能和气体。

因此，电石渣的热分解反应动力学研究具有重要的理论和应用价值。

本文通过热重实验的方法，研究了电石渣的热分解反应动力学特性。

首先，对电石渣进行了物化性质分析，包括元素分析、X射线衍射、扫描电子显微镜等。

结果表明，电石渣的主要成分为CaO、Al2O3和SiO2，其晶体结构为立方晶系。

接着，采用热重实验仪对电石渣进行了热分解反应测试。

在不同的升温速率下，测量了电石渣样品的质量变化和温度变化，并绘制了热重曲线。

通过热重曲线的分析，确定了电石渣的热分解反应温度范围和反应特征。

为了建立电石渣热分解反应的动力学模型，本文采用了多种动力学模型进行拟合分析，包括无序反应模型、复合反应模型和阶段反应模型等。

通过对拟合结果的比较和分析，确定了最适合电石渣热分解反应的动力学模型。

最后，利用所建立的动力学模型，对电石渣热分解反应的反应速率常数和活化能进行了计算。

结果表明，电石渣热分解反应的反应速率常数与升温速率呈正相关关系，反应活化能为150.2kJ/mol。

综上所述，本文通过热重实验研究了电石渣热分解反应的动力学特性，建立了最适合电石渣的动力学模型，并计算了反应速率常数和活化能。

这些结果对于深入理解电石渣热分解反应机理和优化电石渣
的综合利用具有重要的指导意义。

热分析技术的应用和原理

热分析技术的应用和原理

热分析技术的应用和原理简介热分析技术是一种广泛应用于材料科学、化学工程和环境科学等领域的实验方法。

它通过对材料在不同温度条件下的热行为进行研究，揭示了材料的性质和结构信息，为材料设计、加工和性能评价提供了重要依据。

本文将介绍热分析技术的应用和原理，并重点讨论热重分析和差示扫描量热分析两种常用的热分析方法。

应用热分析技术在许多领域都有广泛的应用，以下是热分析技术的一些典型应用：1.材料性能研究：热分析技术可以用于研究材料的热稳定性、热分解特性以及热变形行为。

通过分析材料在不同温度条件下的质量变化、热吸放能量以及尺寸变化等参数，可以评估材料的热稳定性和热稳定温度范围，为材料的应用提供参考。

2.陶瓷和玻璃制备：热分析技术可以用于研究陶瓷和玻璃材料的烧结行为、相变特性以及热膨胀性能。

通过对材料在升温和降温过程中的质量变化以及热吸放能量进行分析，可以确定陶瓷和玻璃材料的烧结温度范围、烧结速率以及热膨胀系数等关键参数。

3.化学反应动力学研究：热分析技术可以用于研究化学反应的动力学特性。

通过对反应物的热分解过程进行研究，可以确定反应的起始温度、反应速率以及反应的放热或吸热特性。

这些信息对于了解反应机理和优化反应条件具有重要意义。

4.环境污染的监测与控制：热分析技术可以用于监测和分析环境样品中的有机物和无机物。

例如，热重分析可以用于测定大气颗粒物中的有机物和无机物的含量分布和热解特性，从而评估空气中的污染程度并制定相应的治理措施。

原理热分析技术的原理主要基于材料在不同温度条件下的热行为。

根据热量传递的方式不同，热分析技术可分为热重分析和差示扫描量热分析两种常见方法。

热重分析（Thermogravimetric Analysis, TGA）热重分析是一种通过测量材料在升温过程中的质量变化来研究材料热行为的方法。

其原理基于样品在升温过程中发生物理变化或化学反应时，会引起样品质量的变化。

通过测量样品质量变化与温度的关系，可以揭示样品的热分解特性、相变行为以及热稳定性。

热重分析法对废旧电路板热解过程动力学和热力学分析

热重分析法对废旧电路板热解过程动力学和热力学分析

第15卷第1期2024年2月有色金属科学与工程Nonferrous Metals Science and EngineeringVol.15，No.1Feb. 2024热重分析法对废旧电路板热解过程动力学和热力学分析阳宇1， 夏勇1， 王君2， 欧阳少波*1， 熊道陵1， 李立清1（1.江西理工大学材料冶金化学学部，江西 赣州 341000； 2.商洛学院化学工程与现代材料学院，陕西省尾矿资源综合利用重点实验室，陕西 商洛 726000）摘要：废旧电路板（SPCB ）是一种典型的有机废弃物，可通过热解技术实现其资源化利用。

采用热重分析技术（TGA ）对其热解特性进行研究，揭示热解过程反应动力学和热力学。

实验在氮气气氛下，考察了不同升温速率（5、10、15 ℃/min ）对SPCB 热失重特性的影响，结果表明热解过程主要发生在250 ~ 400 ℃温度区间，随着升温速率增大，SPCB 热失重（TG ）曲线逐渐向高温方向偏移，在对应的热失重速率（DTG ）曲线中，存在一个明显的失重峰，且峰值温度不断增加，热滞后现象显著。

采用Flynn-Wall-Ozawa （FWO ）模型、Kissinger-Akahira-Sunose （KAS ）模型和Friedman （FM ）模型进行动力学分析，拟合得到平均表观活化能（E a ）分别为168.46、167.31、234.84 kJ/mol ，活化能均随转化率增加而相应增大。

利用FWO 模型对热力学参数进行计算，在相同升温速率下，随着转化率的增大，吉布斯自由能变（ΔG ）逐渐降低，对应的焓变（ΔH ）和熵变（ΔS ）不断增加；在相同转化率时，ΔH 和ΔS 随升温速率增加稍有降低，而ΔG 逐渐增加。

关键词：废旧电路板；热解特性；动力学；热力学中图分类号：TQ524；X784 文献标志码：AKinetics and thermodynamics during pyrolysis of scrapprinted circuit board by TGAYANG Yu 1, XIA Yong 1, WANG Jun 2, OUYANG Shaobo *1, XIONG Daoling 1, LI Liqing 1（1. Faculty of Materials Metallurgy and Chemistry ， Jiangxi University of Science and Technology ， Ganzhou 341000， Jiangxi ， China ； 2. Shanxi Key Laboratory of Comprehensive Utilization of Tailings Resources ， College of Chemical Engineering and Modern Materials ，Shangluo University ， Shangluo 726000， Shanxi ， China ）Abstract: Scrap printed circuit board (SPCB) is a typical organic waste, which could be utilized as a resource by pyrolysis technology. The pyrolysis characteristics of SPCB were studied by thermogravimetric analysis (TGA) to reveal the reaction kinetics and thermodynamics during the pyrolysis process. Under N 2 atmosphere, the effects of different heating rates, e.g. 5 ℃/min , 10 ℃/min and 15 ℃/min , on the thermal decomposition behavior of SPCB were investigated in detail. The results observed showed that the pyrolysis process was mainly occurred in the收稿日期：2022-12-01；修回日期：2023-04-09基金项目：江西省自然科学基金资助项目（2020BAB214021）；江西省教育厅科学技术研究资助项目（GJJ200809）；陕西省自然科学基金资助项目（2021JQ-840）；江西理工大学大学生创新创业训练资助项目（DC2022-004）通信作者：欧阳少波（1986—　），博士研究生，讲师，主要从事炭材料应用和废弃资源热转化利用方面的研究。

化学反应动力学实验方法及分析技术

化学反应动力学实验方法及分析技术

化学反应动力学实验方法及分析技术化学反应动力学是描述反应速率及其影响因素的一门学科，它探究了化学反应速率如何受控制，如何随时间变化等问题。

在合成新材料、优化某些反应过程的工业应用中，动力学分析技术可以发挥重要作用。

因此，我们需要深入研究化学反应动力学的实验方法及分析技术。

1. 反应机理研究：在实验中，我们首先需要确定反应机理，以便进行最佳的选择和设计实验。

吸收光谱、质谱、傅里叶变换红外光谱以及核磁共振技术等都可以帮助我们确定反应机理。

通过这些分析技术，我们可以确定反应中间体及转换过程，为后续实验设计提供基础数据。

2. 反应速率测定：反应速率是描述反应快慢的量化指标，它可以通过不同的方法来测定。

摩尔比法和吸附分析法是常用的反应速率测定方法。

摩尔比法通常是将反应物混合，然后在一定时间内分别测定反应物的浓度，根据摩尔比计算得到速率常数。

吸附分析法则利用了可变质量吸附杆对气体的选择吸附能力来测定速率。

由于反应速率会随着温度、浓度和物质物理状态的改变而变化，因此在测定过程中需要保持这些因素的一致性，以获得准确可靠的数据。

3. 催化剂研究：在反应实验过程中，由于催化剂的存在，反应速率会得到显著的提高。

催化剂的研究对于提高反应速率、选择性和减少能量消耗等方面都是十分重要的。

催化剂的研究可通过热重分析和X射线光电子能谱技术等方法进行。

4. 数据分析与优化：在反应动力学研究中，数据分析与优化是不可或缺的一环。

在对实验数据进行分析时，可以借助于数学模型来预测反应速率或反应物浓度随时间变化的趋势。

此外，在反应动力学参数优化方面，遗传算法、人工神经网络、多目标优化算法和粒子群优化算法等方法都有不同程度的应用。

总的来说，反应动力学研究是化学领域的重要组成部分，在合成新材料、优化某些反应过程的工业应用中，动力学分析技术可以发挥重要作用。

正确的反应机理、合理的实验设计和准确的数据分析，都是保证研究结果的可靠性和准确性的关键。

热重分析法2篇

热重分析法2篇

热重分析法2篇热重分析法1热重分析法是一种研究样品在高温下的热稳定性和热分解性质的常用方法之一。

该方法利用热重天平测定样品在升温过程中失去的质量，从而得到样品的热重曲线，进而分析不同组分在升温过程中的分解特性和反应动力学。

热重分析法的原理是根据样品在高温下的化学反应规律和热分解过程的特性，通过对样品的质量变化与温度变化的关系进行研究，得到样品的热重曲线。

在热重分析实验中，一般采用量热器或炉的方式，将样品加热至一定温度，然后通过称量失去的质量来计算不同温度下的分解程度和反应动力学参数。

热重分析法的应用十分广泛，可用于研究聚合物材料、无机化合物、金属材料、生物质等各种类型的样品。

其中，聚合物材料的热稳定性研究是热重分析法的重要应用之一。

通过研究聚合物在高温下的分解和热稳定性，可以为聚合物的生产和加工提供有价值的信息。

除了研究样品的热稳定性和热分解性质外，热重分析法还可用于表征样品的物理性质和化学反应特性。

例如，通过分析热重曲线的斜率和峰值来研究样品的热传导性质和焓值，从而得到关于样品热传导和热化学反应的信息。

总的来说，热重分析法是化学、材料科学和工程领域常用的一种分析方法，可用于了解材料的热稳定性、化学特性和物理性质，为材料的研究和应用提供重要的信息。

热重分析法2热重分析法是一种通过测定样品在高温下的重量变化来研究其热稳定性和热分解性质的分析方法。

该方法可用于研究聚合物、无机化合物、金属材料、生物质等材料的热稳定性和热分解特性。

在热重分析实验中，一般采用专门设计的热重天平或量热仪。

实验中，样品被放置在量热仪或热重天平中，升温程序根据样品性质进行调整。

在升温过程中，样品的重量被记录下来，从而得到一个重量随温度递增的曲线，称为热重曲线。

通过分析热重曲线，可以研究样品在高温下的分解行为和热稳定性，确定样品的热分解温度和反应动力学参数等。

例如，聚合物材料的热重分析可用于研究其热稳定性和分解品的组成，为聚合物的生产和加工提供有价值的信息。

热重分析的原理及应用

热重分析的原理及应用1. 热重分析的概述热重分析（Thermogravimetric Analysis, TGA）是一种热学分析技术，通过对样品在升温过程中质量变化的监测，来研究物质的热性质、热稳定性等。

热重分析是广泛应用于材料科学、化学、制药等领域的重要分析方法。

2. 热重分析的原理热重分析的原理基于样品在受热过程中发生质量变化的基本规律。

当样品受热后，其物质发生脱水、脱气、分解等反应，导致样品质量的变化，这种变化可以被称为热效应。

热重仪通过测量样品在升温过程中的质量变化来确定样品的热效应。

3. 热重分析的仪器及操作步骤热重分析通常使用热重仪进行实验。

下面是热重分析的一般操作步骤：1.准备样品：将待测样品制备成均匀粉末或小颗粒，并确保样品的质量和形状一致。

2.准备天平：校准热重仪的天平，确保准确测量样品的质量。

3.将样品放置在样品盘中：将准备好的样品放置在热重仪的样品盘中，确保样品均匀分布。

4.设置实验参数：根据需要，设置合适的实验参数，如升温速率、起始温度、终止温度等。

5.开始实验：启动热重仪，开始实验。

在实验过程中，热重仪将不断升温，并记录样品质量的变化。

6.数据分析：根据实验结果进行数据分析，研究样品的热性质和热稳定性。

4. 热重分析的应用领域热重分析在许多领域中有着广泛的应用，下面是一些常见的应用领域：•材料科学：热重分析可以用于研究材料的热性质、分解温度、氧化反应等，对于材料的性能评估和优化具有重要意义。

•化学反应研究：热重分析可以用于研究化学反应的热效应、反应机理、反应动力学等，对于了解化学反应的过程和机制非常有帮助。

•制药工业：热重分析可以用于评估药物的热稳定性、热解行为、干燥过程等，对于药物研发和生产中的质量控制具有重要作用。

•环境监测：热重分析可以用于检测环境中的有机物质、污染物等，对于环境监测和污染物的分析具有重要意义。

5. 热重分析的优势与局限性热重分析作为一种热学分析方法，具有以下优势：•高灵敏度：热重仪可以精确测量样品质量的微小变化，具有高灵敏度。

热分析动力学汇总

热分析动力学汇总热分析动力学是指研究物质在升温或降温过程中的热物性变化规律及其与化学反应动力学之间的关系。

它通过测量热量或温度随时间的变化，结合热学或动力学理论，从而揭示了化学反应的机理和动力学参数。

本文将对热分析动力学的概念、基本原理、应用领域及研究方法等方面进行详细阐述。

一、热分析动力学的概念和基本原理热分析动力学的实验方法主要有热量计法、差示扫描量热法（DSC）和热重法（TG）。

其中，热量计法通过测量材料的热量变化，得到热分解反应的热效应曲线，从而确定反应的速率等动力学参数。

差示扫描量热法是比较常用的实验方法，它通过比较样品和参比样品的热量变化，得到样品的热效应曲线，从而确定热分解反应的动力学参数。

热重法是通过测量材料在升温或降温时的质量变化，得到热分解反应的质量曲线，从而探索反应的动力学参数。

二、热分析动力学的应用领域热分析动力学在材料科学、化学工程、药学和环境科学等领域都有重要应用。

在材料科学中，热分析动力学可以用于研究材料的热性质、热稳定性和热分解反应等方面，从而指导材料的合成和加工。

在化学工程中，热分析动力学可以用于优化工艺参数、预测反应过程和评估化学工艺的安全性。

在药学中，热分析动力学可以用于研究药物的热性质和稳定性，从而指导药物的贮存和运输。

在环境科学中，热分析动力学可以用于研究污染物在环境中的分解和转化过程，从而指导环境监测和治理。

三、热分析动力学的研究方法热分析动力学的研究方法包括实验方法和理论方法。

实验方法主要是通过实验测定材料的热效应曲线或质量曲线，从而确定反应的动力学参数。

理论方法主要是通过热学和动力学理论进行模拟和计算，以预测热效应曲线或质量曲线，从而确定反应的动力学参数。

在实验方法方面，热分析动力学主要使用差示扫描量热法和热重法。

差示扫描量热法通过比较样品和参比样品的热量变化，得到样品的热效应曲线，从而确定反应的速率等动力学参数。

热重法通过测量材料在升温或降温时的质量变化，得到热分解反应的质量曲线，从而探索反应的动力学参数。

热重分析在无机材料表征中的应用研究

热重分析在无机材料表征中的应用研究无机材料在材料科学和工程领域中扮演着重要的角色，广泛应用于电子、能源、催化等领域。

为了更好地理解和优化无机材料的性能，科学家们不断研究各种表征方法。

其中，热重分析（Thermogravimetric analysis，简称TGA）作为一种重要的无损检测技术，在无机材料表征中有着广泛的应用。

热重分析通过在恒定的温度或温度程序下测量样品质量的变化，提供了关于材料热稳定性、腐蚀性、燃烧性以及各种化学反应过程的信息。

以下将从热分解、氧化还原反应和腐蚀性能三个方面来探讨热重分析在无机材料表征中的应用。

首先，在热分解方面，热重分析可用于研究无机材料的热解过程。

通过控制加热速率和监测质量变化，可以确定材料的分解温度、反应动力学和反应产物。

例如，热重分析可以用于研究金属氧化物的热分解行为，从而获得有关其热稳定性和分解路径的重要信息。

此外，热重分析还可用于研究无机材料的腐蚀特性。

通过在特定温度和气氛条件下对样品进行热重实验，可以评估材料在腐蚀环境下的稳定性。

这一方面的研究对于开发更耐腐蚀性能的无机材料具有重要的意义。

其次，在氧化还原反应方面，热重分析可以帮助研究无机材料的氧化还原反应。

通过在不同气氛条件下进行实验，可以确定材料的还原和氧化特性，以及其相应的反应温度。

这对于研究电化学材料、催化剂和燃烧材料等具有重要意义。

例如，热重分析可以用来研究过渡金属氧化物的氧化还原反应过程，以及材料的催化性能。

通过热重分析的结果，可以了解反应过程中材料的质量变化和反应产物的形成机制。

此外，热重分析还可以用于评估无机材料的腐蚀性能。

通过将材料暴露在特定条件下，如湿空气、酸性环境或高温等，可以模拟材料在实际应用中的腐蚀情况。

通过监测样品质量的变化，可以评估材料的腐蚀速率和腐蚀机制。

这对于选择合适的材料以延长设备的使用寿命具有重要意义。

例如，热重分析可以用来研究金属合金在高温和湿空气中的腐蚀行为，从而为合金的改进和优化提供依据。

固相反应动力学的研究方法

固相反应动力学的研究方法固相反应动力学是一门研究固体物质内部反应速率的领域，它在材料科学、化学、地球科学等众多领域具有重要的应用价值。

本文将介绍几种常见的固相反应动力学研究方法，包括热分析法、差示扫描量热法、X射线衍射法和傅里叶变换红外光谱法。

1. 热分析法热分析法是一种常用的固相反应动力学研究方法，它通过对固体样品在一定温升速率下的质量或尺寸的变化进行定量测量，得到反应速率与温度的关系。

常见的热分析仪器包括差热分析仪（Differential Thermal Analysis，DTA）和热重分析仪（Thermogravimetric Analysis，TGA）。

通过对样品在不同温度下的变化情况进行分析，可以确定固相反应的反应特征和反应动力学参数。

2. 差示扫描量热法差示扫描量热法是一种通过测量样品与参比物在温度变化过程中的热量差异来研究固相反应动力学的方法。

它能够定量地测定样品的吸放热效应，并根据反应过程中的热量变化确定反应速率常数和反应机理。

差示扫描量热法具有高灵敏度、快速测量等优点，被广泛应用于固相反应动力学的研究。

3. X射线衍射法X射线衍射法是一种通过测量晶体或非晶体材料对入射X射线的散射强度来研究固相反应动力学的方法。

通过分析样品在反应过程中晶格结构的变化情况，可以得到反应过程的动力学信息。

X射线衍射法具有非破坏性、精确度高等优点，被广泛应用于材料的相变、合成等领域。

4. 傅里叶变换红外光谱法傅里叶变换红外光谱法是一种通过测量样品在红外辐射下的吸收光谱来研究固相反应动力学的方法。

通过分析样品在反应过程中红外吸收峰的强度和频率的变化，可以研究固相反应的进程和反应机理。

傅里叶变换红外光谱法具有快速、灵敏度高等优点，广泛应用于催化剂、能源材料等领域的研究。

总结：固相反应动力学的研究方法包括热分析法、差示扫描量热法、X射线衍射法和傅里叶变换红外光谱法。

这些方法在研究固体内部反应速率、反应机理等方面起着重要的作用，对于材料科学、化学和地球科学等领域的发展具有重要的意义。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
ln(1 ) AR 2RT E / RT [1 ]e 2 T E E
当n = 1 时，有：
取对数得：
[ ln(1 a) ln T2
E 1 AR RT ln[ ( 1 2 )] R T E E
对一般的反应温度区域和活化能E值而言
v Kc n v K 1 x
n
K——反应速率常数，温度一定，K是常数； c——反应物浓度； x——反应产物浓度； n——反应级数； v——反应速度。
反应速度常数与温度的关系由阿伦尼乌斯 (Arrhenius) 方程表示为：
K Ae E / RT
上式取对数得：
ln K
x
m0 mt m0 m final
式中: m0——样本起始质量，g； mt——反应中任一时刻t时样品的质量，g； mfinal——为煤焦气化反应失重结束后的质量，g。 对非等温气化过程中，若采取程序升温，温度T与时间t有线性关系:
T T0 t
式中:λ——升温速率，常数，K· S-1。
E 1 ln A R T
A——频率因子； R = 8.314 J / K·mol。
式中: E——活化能, R——气体常数，
动力学参数E、n、A 可由上式通过作图求出。
表观活化能E与频率因子A
E和A是两个重要的反应动力学参数
表观活化能：是物质的一种固有特性，它是使反应物分子达到有效碰撞所 需要的最小能量，是一个表观概念。 表观活化能越小的煤，反应活性越大，反应能力越强，反应速度越快， 热解反应及气化反应也比较容易进行。 频率因子：也叫指数前因子、指前因子。在化学反应中，不是所有的分子 碰撞都会发生反应。而只有是活化了的分子间的碰撞，才是有效碰撞才会 引起反应；频率因子就是表示活化分子有效碰撞总次数的因数。 频率因子值越大，说明活化分子间的有效碰撞次数越多。反应越容易 进行，反应程度也越剧烈，反应速度也越快；反之，频率因子较小，反应 进行得就越困难。反应的剧烈程度也稍差些，反应速度也越慢。
热分析动力学的基本关系式为：
d n K 1 dt K A exp E / RT d n Ae E / RT 1 dt
把升温速率
dT dt
d 代入上式得微分式： dT

A


e E / RT 1
n
上式分离变量得积分式：1 n
Coats-Redfern 法（积分法）
这是一种近似积分求解动力学参数法。从积分式出发得：
d A
1
0

n



T
T0
e E / RT dT
左边
1
0

d
n
ln(1 ) 当 n 1 1 1 n 1 当 n 1 n 1
1、微分法 对式（1）两边取对数，得：
ln[( da / dt ) / f (a)] ln A E RT
（2）
假设煤气化反应动力学机理为f (a)= (1−a)n，n为反应级数，选择正 确的表达式 f (a)，方程式(2-4)中的ln[( da / dt )/ f(a)]对 1/T 作图，应得 到一直线，其斜率为-E/R，截距中为lnA。
dX K (1 x) dt
式中:K称为反应速率常数，min-1; X为碳转化率。
(2)修正体积模型 考虑了转化率随时间的变化，反应的表面积、活性点等对转化 率的影响，其表达式为:
dX K i (1 x) dt
X 1 exp(atb )
将两式联立，可得： Ki a(1/ b)b( ln(1 x))(b1) / b
多个升温速率法：
若用几个不同升温速率的TG曲线求解动力学方程参数， 为此把微分式变换为：
d E n ln ln A 1 RT dT
因为已假设 （1-a）n 只与a有关，所以当a为常数 (不同升温 速率TG曲线取相同的失重率a)，则（1-a）n 也为常数；这样，对 不同的∮ ，在给定的a值下，按上式作图是一条直线，由斜率求 出活化能E，再根据截距为
因此，将不同的反应机理函数 f (a)代入式（2）中试算，以确定 正确的反应机理函数，求取反应动力学参数。 微分法的优点在于简单、直观、方便，但是在数据处理过程中 要使用到 DTG 曲线的数值，此曲线非常容易受外界各种因素的影 响，如实验过程中载气的瞬间不平稳、热重天平实验台的轻微震动 等，这些因素都将导致 TG 曲线有一个微量的变化，DTG曲线随之 有较大的波动， da/dt的测定与试样量、升温速率和程序升温速率的 线形好坏有关。因此微分法得到的实验数据易失真。
两边取对数得到：
[1 (1 a )1 n E 1 AR RT ln ln[ ( 1 2 )] T 2 (1 n) R T E E
[1 (1 a )1 n 作 ln T 2 (1 n) 1 E 图，得到斜率 可求 E T R
2RT/E<<1，1-2RT/E≈1 则上式化简为：
ln(1 a) ln T2 E 1 AR ln R T E
1 E ln(1 a) 作 ln 图，得到斜率 可求E 2 T T R
该方法的前提 n 需假定，只要假设 n 正确，求出的 E 就很准 确，且需在反应过程中 n 不能变化，否则会出现错误的结论。
W 1 exp(k0 e RT dt) f ( E )dE 0 0 W0 E
式中:w为任一时刻t时的失重量，w0为总失重量f(E)为活化能分布函 数，k0为对应于活化能E的幕前因子。活化能分布函数满足下式:


0
f ( E )dE 1
3、气固反应的动力学方程的求解
设定反应模型为f（x），其中x为反应转化率：
假定分解速率等同于挥发物析出速率，在无限小的时间间隔内， 非等温反应可以看成是等温过程，于是，反应速率就可表示成：
da kf (a) dt
f (a)是体现固体反应动力学的函数，不同的反应动力学机理， f (a)具 有不同的数学形式。k服从Arrhenius 方程
K Ae E / RT
da E A exp( ) f (a) dt RT

非等温法是指在热解过程中保持升温速率恒定。同等温法相比，非等 温研究的主要优点是： (1)可以避免将试样在一瞬间升到规定温度 T 所发生的问题。 (2)在原则上它可以从一条失重速率曲线计算出所有动力学参数，大大 方便和简化了测定方法。 为了解方程（1）计算 E 和 A，有微分和积分两种求解方法。
积分法克服了微分法的缺点，TG曲线的瞬间变化值相对其总的 积分值很小，不会对结果有很大的影响，实验数据较准确。
2、积分法(Coats-Redfern 法) 设升温速率为ϕ ， ϕ= dT /dt，单位：K/s。方程(2-2)可以转化为：
da / dt (1 / ) A exp( E ) f (a) RT
d
A

e E / RT dT
以上两式是热动力学微商法和积分法的最基本形式，由此可 导出各种动力学式来求解动力学参数。
Freeman—Carroll法（微分法）：
将微分式两边取对数并利用差减法可化为：
E 1 A dx n log /(1 x) log 2.303R T dT
热重反应动力学
主要内容：


1、聚合物的反应动力学

2、煤气化反应模型 3、气固反应的动力学方程的求解
4、应用实例
一、聚合物的反应动力学
1、化学反应动力学的基本概念 （1）反应动力学是研究化学反应的速度随时间、浓度、温度变化的 关系，最终求出活化能、反应级数，并对该反应进行解释。 （2）化学反应速度与浓度的关系，即质量作用定律：
2、在热失重法计算时另一重要概念为失重率，即质量变化率a：
m m
式中
m ——最大失质量； m ——T(t) 时的失质量。
m m0 m m m0 m
图所示中：
式中 m0—— 初始质量 m —— T(t) 时刻的质量 m∞—— 最终时剩余量
图1 从TG曲线计算失重率
积分得：
dX K (1 x)abt ( b 1) dt
式中:Ki为即时反应速率常数，min-1 ；a和b为经验常数，由实验数 据拟合而得，并无实际意义。
(3)收缩未反应芯模型 假设煤焦颗粒为球形，随反应的进行，煤焦颗粒半径逐渐减小。 假设了气化剂的扩散问题，气化剂由固体颗粒外表面渗透气膜和灰渣 层，到达反应界面与未反应的固体反应，未反应芯逐渐减小，反应界 面也不断向内移动。收缩未反应芯模型考虑了反应速率和煤焦颗粒大 小有关，反应表达式为:
n ln A 1 ln A n ln 1
对 ln(1- a)作图，就可求出反应级数n和频率因子A。
2、煤气化反应模型
煤的气化反应属于典型的不可逆气固多相反应，由于煤组成结 构的不均匀性，煤焦气化反应非常复杂，不同的煤气化过程的动力 学参数也不一样。很多学者对煤气化动力学模型进行了大量的研究， 提出了多种常用的模型: (1)均相模型 假设反应发生在整个颗粒内，固体颗粒的尺寸不变，煤焦密度 “均匀”地变化。反应速率的表达式为:
（1）

为了得到煤热解动力学参数 E 和 A，多种不同的等温和非等温计算方 法可以采用。 等温法是在不同的升温速率下以相同的系统温度求解动力学参数，方程 （1）可以转化为：
其中
G(a) (1 / f (a))da
0
a
为了准确的计算出动力学参数活化能 E 和指前因子 A，需要至少 2 条以上 G（a）-t曲线，在每条曲线上取一组a和t ，然后应用于方程ln k = − E /( RT ) + lnA，得到图 ln k ∝ 1/T，从而回归直线并计算得到 E 和 A。 然而，值得注意的是我们需要在不同的升温速率下重复几次实验， 并且所取点的样品转化率要相同，这使实验变得繁琐和费时。