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活性炭自燃危险性的研究

王宁  
【摘要】:活性炭具有孔隙结构发达、比表面积大、表面性质可调及吸附能力强的特点,广泛应用于工业、农业、国防、航空、航天等各个领域。但是在大量储存、运输、使用的过程中若处理不当,活性炭会发生自燃,造成火灾、爆炸等危险。国内外科学家针对活性炭自燃现象和规律进行了大量的研究,但迄今为止,尚未形成一套完整的活性炭自燃规律体系,为此,揭示活性炭的自燃性质及其关键影响因素,研究其氧化放热过程动力学,对活性炭的实际应用及自燃危险性的预测和评估具有重要的指导意义。 本论文通过理论与实验相结合的方法对活性炭自燃性质影响因素及其反应过程机理做了充分的研究,其主要工作如下: (1)以木粉为原料,分别采用H3P04和ZnCl2为活化剂,通过改变浸渍比、活化温度来调控制备活性炭,并对其表面形貌、表面官能团以及吸附性能进行测试分析。采用自燃温度测试仪和STA同步热分析仪考察了不同因素对活性炭自燃性质的影响。研究表明浸渍比、活化温度、活化剂对活性炭的自燃行为影响程度不同,活化温度是影响其自燃性质的关键因素之一。 (2)测试了在2℃/min、5℃/min、10℃/min、20℃/mmin不同升温速率下的活性炭热流曲线,确定了其起始反应放热温度、指前因子、表观活化能等热动力学表征参数,并通过Kissinger、Flynn-Wall-Ozawa、Friedman-Reich-Levi三种非等温动力学分析方法对其氧化反应过程的动力学参数进行了分析比较,得出了适宜的分析方法,最终推测出了活性炭自燃过程的反应机理。 (3)以活性炭的动力学参数为基础,采用AKTS软件预测等温条件下、程序升温条件下的样品反应进程曲线以及样品绝热条件下最大反应速率到达时间TMRado从而对活性炭进行温度影响规律分析、边界失控条件分析以及其本质安全性分析,最终达到对活性炭自燃危险性进行预测和评价的目的。


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