ISSN 1673-5854     CN 32-1768/S

主管 国家林业和草原局

主办 中国林业科学研究院林产化学工业研究所

主编 周永红

蕲艾绒的热分析及热分解动力学研究

徐文立, 刘豪, 宋红刚, 刘建军. 蕲艾绒的热分析及热分解动力学研究[J]. 生物质化学工程, 2024, 58(3): 33-38. doi: 10.3969/j.issn.1673-5854.2024.03.005
引用本文: 徐文立, 刘豪, 宋红刚, 刘建军. 蕲艾绒的热分析及热分解动力学研究[J]. 生物质化学工程, 2024, 58(3): 33-38. doi: 10.3969/j.issn.1673-5854.2024.03.005
XU Wenli, LIU Hao, SONG Honggang, LIU Jianjun. Thermal Analysis and Thermal Decomposition Kinetics of Artemisia vulgaris L.[J]. Biomass Chemical Engineering, 2024, 58(3): 33-38. doi: 10.3969/j.issn.1673-5854.2024.03.005
Citation: XU Wenli, LIU Hao, SONG Honggang, LIU Jianjun. Thermal Analysis and Thermal Decomposition Kinetics of Artemisia vulgaris L.[J]. Biomass Chemical Engineering, 2024, 58(3): 33-38. doi: 10.3969/j.issn.1673-5854.2024.03.005

蕲艾绒的热分析及热分解动力学研究

详细信息
    作者简介:

    徐文立(1984—), 男, 湖北咸宁人, 工程师, 本科, 主要从事精细化工研发工作

    通讯作者: 刘建军, 工程师, 主要从事精细化工研发工作; E-mail: jianjunliu2023@126.com
  • 中图分类号: TQ35

Thermal Analysis and Thermal Decomposition Kinetics of Artemisia vulgaris L.

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  • 采用热重-微商热重(TG-DTG)技术研究了蕲艾绒在氮气气氛中的热分解行为及其非等温动力学, 结果发现蕲艾绒的热分解过程分为两个阶段: 第一阶段失重率为3.75%, 主要为蕲艾绒中水分和少量挥发性油类物质的损失, 第二阶段失重率为71.12%, 主要为挥发性的油类物质和木质纤维物质的热分解。使用单重扫描速率法Achar微分方程和Coats-Redfern积分方程求出其动力学参数, 得到了蕲艾绒热分解反应的控制机理函数, 并利用多重扫描速率法的Kissinger方程、Flynn-Wall-Ozawa方程和Starink方程对其动力学参数进行验证, 得到其热分解过程属于F3(三级反应)机理控制, 机理函数f(α)=0.5(1-α)3g(α)=(1-α)-2-1, 表观活化能(E)为124.76 kJ/mol、指前因子(A)为5.78×1010 s-1, 并确定蕲艾绒热分解非等温动力学方程为: dα/dt=(5.78×1010/β)×(0.5×(1-α)3)×exp(-15 006/T)。根据其热分解动力学参数进行估算, 得出蕲艾绒在室温下的贮存期为4~5年。
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  • 图 1  蕲艾绒在10 K/min升温速率下的TG-DTG曲线

    Figure 1.  TG-DTG curves of A. vulgaris at heating rate of 10 K/min

    图 2  不同升温速率下蕲艾绒的TG-DTG曲线

    Figure 2.  TG-DTG curves of A. vulgaris at different heating rates

    表 1  蕲艾绒热分解的基本数据(β=10 K/min)

    Table 1.  Base data for thermal decomposition of A. vulgaris(β=10 K/min)

    序号 No. T/K α dα/dT 序号 No. T/K α dα/dT
    1 458.8 0.003 0.036 19 603.8 0.625 7.969
    2 477.5 0.008 0.195 20 607.5 0.677 6.930
    3 492.2 0.014 0.349 21 611.2 0.722 5.262
    5 518.1 0.047 1.048 23 626.1 0.793 1.339
    6 529.3 0.072 1.309 24 637.3 0.818 0.968
    7 540.5 0.102 1.634 25 652.2 0.839 0.665
    8 547.9 0.126 1.780 26 667.1 0.860 0.695
    9 555.3 0.150 2.228 27 682.0 0.877 0.585
    10 566.5 0.204 3.127 28 704.3 0.901 0.539
    11 574.0 0.255 4.162 29 723.0 0.920 0.608
    12 577.7 0.280 4.625 30 745.4 0.094 0.338
    13 581.5 0.317 5.339 31 767.8 0.953 0.296
    14 585.2 0.358 6.125 32 794.0 0.967 0.151
    15 588.9 0.401 6.792 33 820.2 0.975 0.162
    16 592.6 0.453 7.670 34 846.4 0.980 0.115
    17 596.3 0.507 8.227 35 883.8 0.989 0.109
    18 600.0 0.567 8.297 36 921.5 0.996 0.127
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    表 2  蕲艾绒热分解动力学数据分析结果

    Table 2.  Analysis results of thermal decomposition kinetic analysis for A. vulgaris

    反应机理reaction mechanism 符号symbol Achar Coats-Redfern
    E/(kJ·mol-1) lnA r E/(kJ·mol-1) lnA r
    随机成核random nucleation A1.5 11.13 3.51 0.391 5 24.04 1.66 0.847 1
    随机成核random nucleation A2 2.43 1.63 0.100 4 15.34 -0.38 0.798 1
    随机成核random nucleation A3 -6.27 -0.36 0.270 7 6.63 -2.81 0.635 0
    随机成核random nucleation A4 -10.63 -1.45 0.441 4 2.28 -4.67 0.339 9
    一维扩散one-dimensional diffusion D1 21.22 3.71 0.311 4 63.37 8.33 0.794 2
    二维扩散two-dimensional diffusion D2 36.36 6.53 0.509 2 70.03 9.32 0.823 3
    三维扩散three-dimensional diffusion D3 59.43 10.28 0.735 9 80.62 10.42 0.867 0
    四维扩散four-dimensional diffusion D4 44.64 6.91 0.604 2 73.36 8.64 0.838 1
    一级反应first order reaction F1 28.53 7.10 0.675 7 41.44 5.38 0.882 4
    二级反应second order reaction F2 72.90 17.21 0.947 4 70.68 12.52 0.981 2
    三级反应third order reaction F3 117.28 28.02 0.974 4 108.04 22.04 0.990 7
    幂函数定律power function law P1 -43.65 -8.92 0.843 1 1.50 -5.97 0.209 3
    相边界反应phase boundary reaction R2 6.34 1.35 0.171 1 32.29 2.34 0.800 3
    相边界反应phase boundary reaction R3 13.74 2.63 0.368 9 34.93 2.62 0.827 5
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    表 3  不同方法求解的热分解动力学参数

    Table 3.  Thermal decomposition kinetic parameters solved by different methods

    方法 methods E/(kJ·mol-1) lnA 相关系数 correlation coefficient
    Achar 117.28 28.02 0.974
    Coats-Redfern 125.61 22.04 0.991
    Kissinger 125.61 24.29 0.998
    Flynn-Wall-Ozawa 128.76 0.998
    Starink 126.60 0.998
    平均值 average 124.76 24.78 0.992
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    表 4  不同温度下蕲艾绒贮存期的估算值

    Table 4.  The estimated value of the shelf-life of A. vulgaris at different temperatures

    温度/℃
    temperature
    反应速率常数(k)
    reaction rate constant
    负对数(pk)
    negative logarithm
    贮存期/年
    shelf-life
    -25 3.157×10-16 15.50 4~5
    0 8.000×10-14 13.10 4~5
    25 8.017×10-12 11.10 4~5
    30 1.838×10-11 10.74 4~5
    35 4.103×10-11 10.39 3
    40 8.924×10-11 10.05 3
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出版历程
收稿日期:  2023-09-18
刊出日期:  2024-05-30

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