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工程管理前沿【2019年第24期】

  • ID:271572
  • 浏览:4424
  • 学科:工程地质学
  • 更新时间:2020-02-23 12:09:57
  • 期刊: 工程管理前沿
内容简介
《工程管理前沿》杂志是由中国工程院主管,中国工程院、清华大学、高等教育出版社主办的建筑期刊。国际标准刊号:2095-7513,国内统一刊号:CN10-1205/N。《工程管理前沿》的办刊宗旨:依托建设领域高层权威信息背景,旨在做好政府领导决策的重要参谋;成为政策理论探讨的前沿阵地,积极探索和引导建设事业发展方向和改革实践;提供重大事件权威报道,深度阐释焦点话题,纵深调查热点事件,努力追求权威性、建设性、实用性和可读性风格;努力做大媒介传播平台,真诚为建设企事业单位服务,为中国建设事业和城市化发展服务,为广大读者开启一个探求知识的窗口。

关于 3-烷氧基 -2-羟基丙基四氟硼酸铵

2019/8/9 15:17:00 工程地质学 的热分解动力学研究及
资料简介

《工程管理前沿》杂志是由中国工程院主管,中国工程院、清华大学、高等教育出版社主办的建筑期刊。国际标准刊号:2095-7513,国内统一刊号:CN10-1205/N。《工程管理前沿》的办刊宗旨:依托建设领域高层权威信息背景,旨在做好政府领导决策的重要参谋;成为政策理论探讨的前沿阵地,积极探索和引导建设事业发展方向和改革实践;提供重大事件权威报道,深度阐释焦点话题,纵深调查热点事件,努力追求权威性、建设性、实用性和可读性风格;努力做大媒介传播平台,真诚为建设企事业单位服务,为中国建设事业和城市化发展服务,为广大读者开启一个探求知识的窗口。

关于 3-烷氧基 -2-羟基丙基四氟硼酸铵

的热分解动力学研究及节能环保实验

冯燕

聊城市生态环境保护综合执法支队

3-烷氧基-2-羟基丙基四氟硼酸铵是一种季铵盐类阳离子表面活性剂,是铵离子中的四个氢原子都被烃基取代而生成的化合物,通式R4NX。表面活性剂(surfactant)是指具有固定的亲水亲油基团,在溶液的表面能定向排列,并能使表面张力显著下降的物质。分子结构具有两亲性:一端为亲水基团,另一端为憎水基团;亲水基团常为极性的基团,如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐,也可是羟基、酰胺基、醚键等;而憎水基团常为非极性烃链,如8个碳原子以上烃链。阴阳离子混合的表面活性剂具有比单一的表面活性剂高得多的表面活性。

季铵盐又称作四级铵盐,季铵盐易溶于水,并产生电离出离子,因此具有导电性。季铵盐溶于水后呈碱性,且大多数季铵盐毒性低,只有少数毒性较大。当季铵盐形成微乳液的时候,这种分散体系具有分散相质点粒径小,超低界面张力等特点。

季铵盐具有广泛的用途,可以用作杀菌剂、消毒剂,包括:水产养殖杀菌消毒剂、医疗杀菌消毒剂、畜禽舍消毒剂、赤潮杀灭剂、蓝藻杀灭剂等。季铵盐杀菌剂具有高效低毒、杀菌能力强、粘泥剥离能力强和较宽的pH值适用范围等特点。由于价格低廉,杀菌速度快,已经被广泛利用。其次可以做抗静电剂。它的抗静电性能优良,对高分子材料有较强的附着力,有较强的抗黄变性能;用量少,效果好,配置方便,配位性好,具有极高的性价比。广泛应用于纺织印染行业。除此之外,做絮凝剂、破乳剂可以用于水处理行业。

热重分析(Thermogravimetric Analysis,TG或TGA),是指在程序控制温度下测量待测样品的质量与温度变化关系的一种热分析技术。许多物质在加热过程中常伴随质量的变化,这种变化过程有助于研究晶体性质的变化,如熔化、蒸发、升华和吸附等物质的物理现象;也有助于研究物质的脱水、解离、氧化、还原等物质的化学现象。热重分析在研究材料或试剂的热稳定性和组份的过程中,因其定量性强,能准确地测量物质的质量变化及变化的速率等特点,已得到广泛应用。

到目前为止,海内外学者在3-烷氧基-2-羟基丙基氟化铵、3-烷氧基-2-羟基丙基溴化铵、3-烷氧基-2-羟基丙基氯化铵的合成、性能以及应用等方面做了大量研究,取得很大进步。但是关于3-烷氧基-2-羟基丙基四氟硼酸铵的研究相对较少。本课题利用TGA热分析技术对3-烷氧基-2-羟基丙基四氟硼酸铵的热分解过程进行研究,并利用热重曲线基础数据,采用CR法,MKN法两种不同的方法分别求算出3-烷氧基-2-羟基丙基四氟硼酸铵的热解反应的表观活化能(E)、反应级数(n)、指前因子(A)等动力学参数及其关系,为该类物质进一步的开发和应用提供基础数据。

1. 节能环保实验部分

1.1 仪器与试剂

1.1.1 仪器

Pyris 1型热重分析仪TGA,美国Perkin Eimer公司生产;AB135-S型电子天平,上海梅特勒公司生产。

1.1.2 试剂

3-十二烷氧基-2-羟基丙基四氟硼酸铵(R-12);

3-十四烷氧基-2-羟基丙基四氟硼酸铵(R-14);

3-十六烷氧基-2-羟基丙基四氟硼酸铵(R-16)。

1.2 实验方法

取1-2mg样品放入热重分析仪的样品皿中,铺平,在纯N2气氛下,测量样品在升温速率为10℃/min时重量变化,得到样品在50-410℃的 TG和DTG曲线及相应的热重分析数据。

2. 结果与讨论

2.1 3-烷氧基-2-羟基丙基四氟硼酸铵热重曲线分析

在温度50℃~410℃范围内,用热重分析仪测定3-烷氧基-2-羟基丙基四氟硼酸铵的TG和DTG曲线。

2.2热分解动力学参数的确定

初始质量为m0的样品在程序升温下发生分解反应,在某一时间t,质量变为m,则其分解速率可表示为:

5e1d672dec641_html_952d5ff137d1689e.gif --------------------------------- (1)

式中,5e1d672dec641_html_a7bdefaa608414b8.gif5e1d672dec641_html_96823993dea30890.gif ,为分解程度,m为不能分解的残余物质量,k为Arrhenius速率常数,可表示为5e1d672dec641_html_466e35498861c5cd.gif ,E为反应活化能,A为频率因子,R为气体常数,T为绝对温度。5e1d672dec641_html_918e384d26af7e0a.gif )的函数形式取决于反应类型或反应机制。一般可假设函数5e1d672dec641_html_918e384d26af7e0a.gif )于温度T和时间t无关,只与反应程度α有关。对于简单反应5e1d672dec641_html_918e384d26af7e0a.gif )可取5e1d672dec641_html_b0cf3fd2e5e2f7bc.gif ,所以5e1d672dec641_html_f18bc51188f23250.gif ,将5e1d672dec641_html_c1dd317b296bf166.gif 代入式(1)得:

5e1d672dec641_html_6e8d1d341e671ae1.gif ----------------- (2)

对方程(2)按不同方法进行处理,可得到不同的数学表达式。

2.2.1 Coats-Redfern 法

将式(2)分离变量积分整理并取近似值可得到:

5e1d672dec641_html_83fd7b4b455c3197.gif ----------------- (3)

式中5e1d672dec641_html_3f22b015777f26a2.gif ,n=1时,5e1d672dec641_html_211a7281518ca17d.gif 。对一般的反应区和大部分E而言5e1d672dec641_html_a9f6c31cefd1ea61.gif <<1,故5e1d672dec641_html_ad7e810178c6593b.gif 可以看作常数。在TG曲线上求得β=10℃/min时各物质热分解反应的基础数据α和T列于表1。其热分解反应的级数n由CR方程求得。即将基础数据α、T代入方程(3),对不同的n以0.1步长的间隔从0到3取值,以5e1d672dec641_html_5553baf0df4ecf32.gif5e1d672dec641_html_df34ebd1f49103f4.gif 依据最小二乘法进行线性回归分析,求得不同n值下的相关系数。结果表明n=1.1,1.2,1.3时,得到相关系数r均大于0.99,线性好且合理。因此RTAB的热分解反应可视为一级反应过程。由方程(3),以5e1d672dec641_html_5553baf0df4ecf32.gif5e1d672dec641_html_df34ebd1f49103f4.gif 作图得到一条直线,通过直线斜率和截距可分别求得E和lnA值。各物质在升温速率为β=10℃/min的基础数据见表1-3,由此方法处理结果见表4,在β=10℃/min下所得线性方程

2.2.2 Madhussdanan-Krishnan-Ninan(MKN)法

ln[5e1d672dec641_html_cae9f570f6018ee4.gif ]=ln(5e1d672dec641_html_fa91af41485c27fc.gif )+3.7721-1.9215ln5e1d672dec641_html_a997524d5f1aa1bb.gif -0.120395e1d672dec641_html_c0d9f964e0eba64e.gif ----------(4)

n=0.9时,5e1d672dec641_html_3be7ee50f5a1b13.gif 。故(4)可改写成

5e1d672dec641_html_5d6b1e5f6cbd026c.gif =ln(5e1d672dec641_html_fa91af41485c27fc.gif )+3.7721-1.9215ln5e1d672dec641_html_a997524d5f1aa1bb.gif -0.120395e1d672dec641_html_c0d9f964e0eba64e.gif ----(5)

5e1d672dec641_html_931dbf55d2a46352.gif 一定时,等式(5)右边前三都可视为常数,以5e1d672dec641_html_5d6b1e5f6cbd026c.gif5e1d672dec641_html_eefeafa1a6496a16.gif 作图,得到5e1d672dec641_html_5d6b1e5f6cbd026c.gif5e1d672dec641_html_eefeafa1a6496a16.gif 线形关系。

2.3动力学模型的处理结果比较

由以上两种动力学模型的处理结果可以看出,采用不同的处理方法,得到的结果基本一致,且用线性拟合的方法得到相关系数均大于0.99,具有良好的动力学一致性。通过分析发现3-烷氧基-2-羟基丙基四氟硼酸铵的热分解的难易程度与烷氧基的碳链长度有关。随着碳链长度增加,活化能有升高趋势。这是因为随着碳链长度增加,烷氧基供电子能力增强,碳原子和氮原子之间化学键断裂所需能量增多,活化能增大。所以它的抗静电性能优良,对高分子材料有较强的附着力,有较强的抗黄变性能;用量少,效果好,配置方便,配位性好,具有极高的性价比。广泛应用于纺织印染行业。除此之外,做絮凝剂、破乳剂可以用于水处理行业。