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热分析动力学在不同领域应用的研究

作者:未知

  摘  要:文章讨论了热分析动力学的基本理论和在不同专业领域的应用,热分析技术和热分析动力学方法在化工、材料、医药、生物及热力学等相关领域得到了广泛的应用和研究,为科研工作提供了一条行之有效的途径和技术手段。
  关键词:热分析;热分析动力学;应用研究
  中图分类号:O657.99       文献标志码:A 文章编号:2095-2945(2019)16-0157-02
  Abstract: In this paper, the basic theory of thermal analysis kinetics and its application in different professional fields are discussed. Thermal analysis technology and thermal analysis kinetics methods have been widely used and studied in chemical industry, materials, medicine, biology, thermodynamics and other related fields. It provides an effective way and technical means for scientific research.
  Keywords: thermal analysis; thermal analysis kinetics; application study
  引言
  国际热分析协会定义热分析是在程序控制温度下测量物质的物理性质与温度关系的一类技术。根据热分析测定的物理量不同,热分析技术可分为热重法、差热分析、差示扫描量热法及热机械分析。
  热分析方法具有快速、简便、精准等优点而受到众多学科领域研究工作者的青睐。热分析动力学是一种专门应用热分析技术研究物质在程序升温过程中的物理变化或化学反应过程的一种方法,通过热分析动力学可求取过程的“动力学三因子”。因此热分析动力学被广泛应用于各个研究领域的研究[1,2]。
  1 热分析动力学的理论基础
  1.1 动力学参数
  
  (3)多重扫描速率的非等温法
  与单个扫描速率的非等温法不同的是,多重扫描速率的非等温法将不同升温速率下获取的多条TA曲线进行动力学分析。该方法可以在无需动力学机理函数的条件下获得较为可靠的活化能,该方法可以有效避免选择机理函数引起的误差。由于可用来对单个扫描速率法的结果如活化能进行检验,通常将两种方法结合进行动力学分析。
  2 热分析动力学在不同领域的应用
  热分析动力学技术能广泛应用在材料、医药、石油、冶金、生物等各个领域,是各领域的研究反应机理、热分解、脱水、结晶、熔融、玻璃化转变等相变过程、聚合等方面的重要技术手段。热分析动力学的研究结果还可以作为工业生产中最佳工艺条件评定的重要指标。
  2.1 材料领域
   热分析方法在材料领域应用最为广泛,很多学者在无机、高分子、纳米材料等领域都开展了热分析动力学的方法对材料合成、分解、反应速率等动力学方面的研究。
  李丽清[3]该法对二水草酸镍脱水反应的热分析动力学三因子进行了研究,结果该方法稳定可靠,重现性好。闵凡飞[4]等总结了煤的燃烧、热解以及气化热分析动力学研究,并提出该方法在煤燃烧领域的改进及新技术。阳富强等[9]对采用热分析动力学方法分别求解FeS-FeS2组合物的表观活化能。
  2.2 含能材料领域
  热分析动力学在含能材料领域主要应用于对材料的热稳定性和相容性的进行分析评价,动力学参数的确定,热分解的动力学和机理等方面。
  Sun等[5]采用热分析技术研究了无机酸对硝酸铵分解的影响,研究表明无机酸加速了硝酸铵的分解。收集动力学数据并计算确定动力学模型。刘芮等[6]热重分析方法和差示扫描量热法研究了HMX和CL-20的热分解过程,得到了加热过程的相关特征参数。
  2.3 生物医药领域
   近些年,热分析动力学在生物医药行业的应用也越来越广泛。Muar等[7]采用差示扫描量热法(DSC)研究了失水picotamide與酒石酸、抗坏血酸在化学上相容性。研究结果表明热分析技术对于药物前期配方设计非常有效,同时也受对固体药物热稳定性研究的的重要方法。何美菁[8]采用模式函数法中的单个扫描速率的不定温法推断大黄、地榆、牡丹皮3味中药炒炭过程中热解反应的机理函数。
  2.4 热力学领域
  热分析方法还是测定过程焓值、比热容和相变温度等基础热力学数据的有效手段,也可以应用相变动力学理论、干燥模型等方面的研究。王宝和等[9]采用相变动力学理论、热分析动力学理论及薄层干燥模型进行简单的介绍和比较,并且探讨了相变动力学理论及热分析动力学理论在干燥动力学研究中应用的可行性。Dollimore等[10]采用热分析法测定了多种药物、香水的蒸汽压数据,从而进一步计算获得动力学参数。Focke[11]通过热分析方法提出并建立了真空蒸发条件下修订的严格Langmiur方程。
  3 结束语
   热分析动力学在化工、材料、医药、生物、热力学等研究领域均有贡献,作为一种精确度高、简单易行的技术手段,该技术也在不断地发展也为该技术的应用提供更好的条件保障。
  参考文献:
  [1]李艳春.热分析动力学在含能材料中的应用[D].南京理工大学,2010.
  [2]胡荣祖.热分析动力学[M].科学出版社,2008.   [3]李麗清,彭玉华,陈栋华.热分析动力学的多升温速率等温法及其应用[J].中南民族大学学报(自然科学版),2004,23(2).
  [4]闵凡飞,张明旭.热分析在煤燃烧和热解及气化动力学研究中的应用[J].煤炭转化,2004,27(1):9-12.
  [5]Sun J. H., Sun Z.H.,Wang Q. S, Ding, H. Wang, T. Jiang C.S. Catalytic effects of inorganic acids on the decomposition of ammonium nitrate. J. Hazard., Mater. 2005,127,204-210.
  [6]刘芮,张同来,杨利.DSC/DPTA热分析动力学及应用[J].火炸药学报,2013,36(5).
  [7]Mura, P., Bettinetti,G.P., Faucci, M. T., Manderiolo, A., Parrini, P. L. Differential scanning calorimetry in compatibility testing of picotamide with pharmnaceutical excipients. Thermochim. Acta 1998,321:59-65.
  [8]何美菁,孟祥龙,王明芳.大黄、地榆、牡丹皮炒炭过程中热解反应机制的分析[J].中国实验方剂学杂志,2017(22):9-16.
  [9]王宝和.相变动力学和热分析动力学在干燥动力学研究中应用的可能性[J].干燥技术与设备,2009(3):103-110.
  [10]Chatterjee,K., Dollimore, D., Alexander, K Calculation of vapor pressure cuvres for hydroxyl benzoic acid derivative using thermogravimtry. Thermochim. Acta 2002,392/393:107-117.
  [11]Foeke, W. W A revised equation for estimating the vapour pressure of low-volatility substances from isothermal TG data. J. Therm. Anal. Cal. 2003,74:97-107.
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