包覆纳米铝粉在二氧化碳气氛中的热反应特性及反应动力学

发布时间：2017-10-06 00:19

  本文关键词：包覆纳米铝粉在二氧化碳气氛中的热反应特性及反应动力学

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【摘要】：纳米铝粉由于其较大的比表面积、较低的着火温度和较快的燃烧速率而成为金属燃烧剂的首选。但纳米铝粉极易被氧化,在颗粒表面形成一层致密的氧化层,导致其点火困难燃烧效率低,因此需对纳米铝粉表面进行包覆处理。本文首先以不同浓度的包覆剂TMP、AP和SiO_2对平均粒径为100nm的铝粉进行包覆,同时采用扫描电镜、能谱分析和红外光谱分析等手段对包覆后的纳米铝粉进行了表征;其次,采用热分析技术研究了包覆剂TMP、AP和SiO_2对纳米铝粉在二氧化碳气氛中的热反应特性及反应动力学特性的影响;最后,采用管式炉研究了包覆剂TMP、AP和SiO_2对纳米铝粉在二氧化碳气氛中着火燃烧特性的影响。主要成果如下:1、采用重结晶法制备了TMP、AP包覆的纳米铝粉和溶胶凝胶法制备了SiO_2包覆的纳米铝粉,结果表明,TMP、AP和SiO_2均在纳米铝粉表面达到了较好地包覆效果。2、二氧化碳气氛下,经过TMP和AP包覆的纳米铝粉总增重率和参与氧化反应的纳米铝粉含量均得到了提高,且均促进了纳米铝粉在低温阶段的氧化;经SiO_2包覆的纳米铝粉仅有一个氧化增重阶段,氧化反应较集中。3、反应动力学的研究结果表明,包覆剂TMP使纳米铝粉两次增重阶段的活化能分别下降了111.04 kJ/mol和34.56 kJ/mol;包覆剂AP使纳米铝粉两次增重阶段的活化能分别下降了196.83 kJ/mol和124.09 kJ/mol;但包覆剂SiO_2使纳米铝粉氧化增重阶段的活化能升高了7.72 kJ/mol。这说明包覆TMP和AP有利于纳米铝粉与二氧化碳的反应,包覆SiO_2不利于纳米铝粉与二氧化碳的反应。4、纳米铝粉两次增重阶段的机理均符合F2模型,其机理函数为G(α)=(1-α)-1-1;包覆TMP使纳米铝粉第I增重阶段机理符合R3模型,其机理函数为G(α)=1-(1-α)1/3,但第Ⅱ阶段的机理函数没有发生变化。包覆剂AP对纳米铝粉两次增重阶段的机理均有影响,第I增重阶段机理符合R2模型,其机理函数为G(α)=1-(1-α)1/2,第Ⅱ增重阶段机理符合R3模型,其机理函数为G(α)=1-(1-α)1/3。包覆SiO_2的纳米铝粉增重阶段符合R3模型,其机理函数为G(α)=1-(1-α)1/3。5、借助管式炉研究了包覆剂TMP、AP和SiO_2对纳米铝粉在二氧化碳气氛中着火燃烧特性的影响。研究结果表明,包覆物TMP和AP均降低了纳米铝粉的着火温度,其中AP效果最好,其次是TMP。包覆SiO_2不利于纳米铝粉的着火燃烧。
【关键词】：纳米铝粉 包覆 热分析 动力学 着火燃烧特性
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK16
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 研究的背景及意义10-11
• 1.2 纳米铝粉与微米铝粉特性11-12
• 1.3 国内外研究现状12-13
• 1.3.1 国外研究现状12-13
• 1.3.2 国内研究现状13
• 1.4 包覆材料13-14
• 1.4.1 有机物包覆13
• 1.4.2 无机物包覆13-14
• 1.5 包覆手段14-16
• 1.5.1 沉淀法14
• 1.5.2 重结晶法14
• 1.5.3 电镀法14
• 1.5.4 溶胶-凝胶法14-16
• 1.6 研究内容及全文研究思路16-17
• 第二章 纳米铝粉的包覆17-27
• 2.1 引言17
• 2.2 实验部分17-23
• 2.2.1 试剂和仪器17-18
• 2.2.2 包覆材料18-21
• 2.2.3 包覆样品的制备21-23
• 2.3 测试表征23-25
• 2.3.1 扫描电子显微镜（SEM）23
• 2.3.2 能谱分析（EDS）23-24
• 2.3.3 红外光谱分析（FTIR）24-25
• 2.4 本章小结25-27
• 第三章 包覆剂对纳米铝粉在二氧化碳气氛中热反应特性的影响27-42
• 3.1 引言27-29
• 3.2 实验条件29
• 3.3 结果与讨论29-41
• 3.3.1 包覆剂种类和浓度对纳米铝粉热反应特性的影响29-36
• 3.3.2 包覆物及其浓度对纳米铝粉着火特性的影响36-37
• 3.3.3 不同升温速率下，包覆物对纳米铝粉在二氧化碳气氛中着火特性的影响37-39
• 3.3.4 热反应产物形貌与成分分析39-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第四章 包覆纳米铝粉在二氧化碳气氛中的反应动力学分析42-58
• 4.1 引言42
• 4.2 动力学分析方法42-46
• 4.2.1 动力学分析法在操作层面上的分类42-43
• 4.2.2 动力学分析方法在数学层面上的分类43-46
• 4.3 结果与讨论46-57
• 4.3.1 nAl反应动力学分析46-51
• 4.3.2 TMP/ nAl反应动力学分析51-53
• 4.3.3 AP/ nAl反应动力学分析53-55
• 4.3.4 SiO_2/ nAl反应动力学分析55-57
• 4.4 本章小结57-58
• 第五章 包覆纳米铝粉在二氧化碳气氛中的着火燃烧特性研究58-66
• 5.1 引言58
• 5.2 实验58-59
• 5.2.1 实验设备58-59
• 5.2.2 实验步骤59
• 5.3 结果讨论59-64
• 5.3.1 着火燃烧温度59-62
• 5.3.2 燃烧火焰现象分析62-64
• 5.4 本章小结64-66
• 第六章 全文结论、创新点及未来工作展望66-68
• 6.1 全文结论66-67
• 6.2 论文创新点67
• 6.3 今后工作展望67-68
• 参考文献68-73
• 攻读硕士学位期间发表的论文73-74
• 致谢74

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本文编号：979657