Удельная теплота сгорания каменный уголь: Виды топлива для твердотопливных котлов и сравнительная таблица их теплотворной способности — Оборудование, услуги, материалы

Содержание

Теплота сгорания топлива


















Топливо

Удельная теплота сгорания

(ккал/кг)

(кДж/кг)

Древесина

2 960

12 400

Торф

2 900

12 100

Бурый уголь

3 100

13 000

Каменный уголь

6 450

27 000

Антрацит

6 700

28 000

Кокс

7 000

29 300

Сланец эстонский

2 300

9 600

Бензин

10 500

44 000

Керосин

10 400

43 500

Дизельное топливо

10 300

43 000

Мазут

9 700

40 600

Сланцевый мазут

9 100

38 000

Сжиженный газ

10 800

45 200

Природный газ

8 000

33 500

Сланцевый газ

3 460

14 500

 

Примечание: источниками справочных данных являются публикации в Интернете, поэтому они не могут считаться «официальными» и «абсолютно точными». Как правило, в Интернет справочниках не приводятся ссылки на научные работы, являющиеся основой опубликованных данных. Мы стараемся брать информацию из наиболее надежных научных сайтов. Однако если кого-то интересуют ссылки на эксперименты, советуем произвести самостоятельно углубленный поиск в Интернете. Будем признательны за любые комментарии к нашим справочным таблицам, а особенно за уточнения существующей информации или дополнение справочных данных.

Теплота сгорания угля

Определение теплоты сгорания угля

Теплота сгорания — это основной энергетический показатель угля. Она определяется экспериментально путем сжигания навески угля в калориметрической бомбе или расчетным путем по данным элементного анализа.

Различают высшую теплоту сгорания угля Qs как количество теплоты, выделившееся при полном сгорании единицы массы угля в калориметрической бомбе в среде кислорода и низшую удельную теплоту сгорания Qi как высшую теплоту сгорания за вычетом теплоты испарения воды, выделившейся и образованной из угля во время сгорания.

Высшая теплота сгорания часто определяется на беззольное состояние угля Qsaf, а низшая на рабочее состояние Qir.

Д.И. Менделеевым была предложена формула для расчета высшей теплоты сгорания по данным элементного анализа (кКал/кг):

Qsaf=81С+300Н-26(О-S),

где С, Н, О, S — массовая доля элементов в веществе ТГИ, %.

Эта формула дает приблизительную оценку величины Qsaf, причем наиболее точна она для малозольных топлив.

Высшая теплота сгорания основных твердых топлив:

 





Торф

5500-5700 кКал/кг

23-24 МДж/кг

Бурый уголь

6100-7700 кКал/кг

26-32 МДж/кг

Каменный уголь

7700-8800 кКал/кг

32-37 МДж/кг

Антрацит

8000-8500 кКал/кг

34-36 МДж/кг


разновидности, марки, характеристика каменного и древесного топлива, принцип изготовления

Каждая разновидность современного топлива, в том числе и уголь, отличается тем, что в процессе горения выделяет определённое количество тепловой энергии. Используемое сырье должно характеризоваться высоким уровнем КПД и полной безопасностью для здоровья человека и окружающей среды. Теплота сгорания угля является важным показателем, благодаря которому можно избежать множества ошибок в сфере производительности котла и качества его функционирования.

Теплота сгорания угля – важный показатель

Разновидности угля и их характеристики

Экономичность и эффективность эксплуатации твердотопливного котла напрямую зависит от вида используемого топлива. Кроме отходов из древесины, в качестве основного энергоносителя часто используется уголь разных видов. Именно поэтому те, кто использует его в качестве основного топлива, должны знать его удельную теплоту сгорания.

Прежде всего, уголь различают по происхождению. В его состав входят различные остатки древних растений и битумных масс, которые подверглись специфическим изменениям во время погружения под землю. Превращение всех этих веществ в эффективное топливо происходило при высоких температурах и в условиях нехватки кислорода. Специалисты отмечают, что к ископаемым видам топлива относятся каменные и бурые угли, а также антрацит.

В этом видео вы узнаете процесс горения бурого угля:

Природный каменный материал

Этот вид топлива возник гораздо раньше, нежели бурый уголь. Большие пласты материала расположены под землёй на глубине 3 километра. В его составе содержится до 97% чистого углерода, а вот количество летучих примесей находится в пределах 35%. Что касается влажности, то в каменном угле её не больше чем 15%. А это положительно влияет на теплоэффективность ископаемого.

В идеальных условиях удельная теплота сгорания каменного угля находится в пределах 2100°C. Но в обычной отопительной печи такой материал сжигается максимум при 1000°C.

Уровень теплоотдачи варьируется в пределах 7 тыс. ккал/кг. Стоит отметить, что этот вид топлива плохо поддаётся разжиганию, так как для этих целей нужно нагреть печь до 400°C.

Этот материал не подойдет для разжигания

Как показывает практика, именно каменный уголь чаще всего используется обычными гражданами для обогрева домов, дач и зданий иного назначения.

Универсальный бурый вид

Среди всех существующих ископаемых углей именно этот вид считается самым молодым. Своё название топливо получило благодаря специфическому бурому цвету. Среди основных его характеристик можно отметить то, что в нём содержится много летучих примесей и влаги — более 40%. Но несмотря на это, количество чистого углерода может достигать отметки 75%. Так как в буром угле содержится много влаги, у него низкая температура горения и небольшой процент теплоотдачи. Воспламеняться топливо начинает при 260 градусах, а вот температура горения может достигать 2000°C. Что касается теплоты сгорания, этот показатель составляет 3600 ккал/кг.

Конечно, как основной энергоноситель бурый уголь существенно уступает обычным дровам, из-за чего его редко используют для твердотопливных котлов и печей, которые расположены в частных домах.

В таком материале содержится много влаги

Но большой популярностью пользуется брикетированная форма этого ископаемого, которая прошла специальную подготовку на крупном производстве. В искусственных условиях производители снижают его влажность, благодаря чему существенно возрастает энергоэффективность. Стоит отметить, что теплоотдача брикетированного бурого угля составляет целых 5 тыс. ккал/кг.

Это одно из самых древних полезных ископаемых, в составе которого практически нет летучих примесей и влаги. А вот количество углерода превышает отметку 95%. Исследования показали, что удельная теплота сгорания угля находится в пределах от 8500 до 9 тыс. ккал/кг — это самый высокий показатель среди всех существующих углей. В идеальных условиях такое топливо сгорает при температуре 2250°C, а вот воспламеняется при 600°C. Стоит отметить, что этот показатель характерен для самых низкокалорийных видов. Чтобы разжечь антрацит, нужно использовать сухие дрова, так как необходимо создать определённый нагрев котла или же печи.

Этот ископаемый материал относится к промышленной категории топлива. Использовать его в обычном котле или печи очень дорого и невыгодно. Несмотря на то, что антрацит выгодно отличается от своих собратьев малодымностью и низкой зольностью.

К тому же такой материал дорогой

Изготовление и применение древесного топлива

Этот материал относится к отдельной категории, так как его не добывают, а изготавливают в специальных печах. Заранее подготовленную древесину мастера обжигают в больших камерах сгорания, что позволяет изменить структуру топлива и удалить из него всю лишнюю влагу. Основная технология изготовления эффективного теплоносителя известна ещё с далёких времён. В старину люди обжигали древесные заготовки в специальных глубоких ямах, перекрыв доступ кислороду. Современные технологии шагнули далеко вперёд, благодаря чему в распоряжение мастеров поступили многофункциональные углевыжигающие печи.

При условии, что готовые угли хранятся в подходящих условиях, уровень их влажности не превышает отметки 16%. Воспламенение топлива наблюдается при нагреве до 200˚С. Удельная теплота находиться на довольно высоком уровне — 7400 ккал/кг. Специалисты отмечают тот факт, что температура горения такого угля во многом зависит от условий сжигания и породы древесины. К примеру, топливо на берёзовой основе отлично подходит для разогрева специального кузнечного горна, а также для ковки металла.


Если воздух подаётся достаточно интенсивно, то гореть уголь будет при температуре 1250˚С. Что касается обычных печек и котлов, этот показатель будет находиться в пределах 900˚С. А вот в мангале древесный уголь отлично горит при температуре 700˚С.

Такой вид топлива отличается экономичностью, так как конечному потребителю понадобится гораздо меньше пережжённой древесины, нежели обычных дров.

Кроме высокой теплоотдачи, такой материал отличается низкой зольностью. Многочисленные положительные характеристики и доступная цена повлияли на то, что древесный уголь активно используется для жарки ароматного мяса на мангале, каминного отепления, а также для приготовления вкуснейших блюд в печах.

Особенности углевыжигательных печей

Те устройства, которые обогревают помещение за счёт угля, имеют свои функциональные и конструктивные отличия. Несмотря на высокую популярность древесного угля, далеко не все знают, что этот материал не относится к категории полезных ископаемых, а был придуман человеком. Температура горения этого топлива составляет 900°C, благодаря чему выделяется достаточное количество тепла.

Изготовление древесного угля основано на специфической обработке древесины, благодаря чему меняется её структура и уходит лишняя влага. Для реализации таких идей используются специальные печи, принцип действия которых основан на пиролизе.

Состоят такие агрегаты из четырёх основных элементов:

  1. Дымохода.
  2. Вместительной камеры сгорания.
  3. Специального отсека для вторичной переработки.
  4. Укреплённого основания.

Производственный процесс

Когда дрова загружены в специальную камеру, тогда начинается постепенное тление дров. Этот процесс происходит благодаря наличию в топке большого количества газообразного кислорода, который непрерывно поддерживает горение. Во время этой процедуры выделяется достаточное количество тепла, а вся избыточная жидкость превращается в пар.

Весь образуемый дым поступает в отсек для вторичной переработки, где он полностью сгорает и выделяет тепло. Столь универсальная углевыжигательная печь может выполнять несколько задач одновременно. Так, с её помощью изготавливается качественный древесный уголь, а в самом помещении поддерживается комфортная для человека температура.

Специалисты утверждают, что процесс изготовления такого топлива является очень деликатным, так как малейшая невнимательность может привести к полному сгоранию дров. Работник должен своевременно извлекать из печи уже обуглившиеся заготовки.

Правила сжигания

Когда потребитель знакомится с температурой горения того или иного угля, ему нужно учитывать, что производители указывают только те цифры, которые являются актуальными для идеальных условий. Конечно, в обычном бытовом котле или печи воссоздать необходимые параметры просто невозможно. Современные теплогенераторы из металла или кирпича просто не рассчитаны на столь высокие температуры, так как основной теплоноситель в системе может быстро закипеть. Именно поэтому параметры сгорания того или иного топлива определяются режимом его сжигания.

Иными словами, все зависит от интенсивности подачи воздуха. Как ископаемый, так и древесный уголь хорошо нагревает помещение, если уровень поступления кислорода достигает 100%. Чтобы ограничить воздушный поток, можно использовать специальную заслонку/задвижку. Такой подход позволяет создать наиболее благоприятные условия сгорания заправленного топлива (до 950˚С).


Если уголь используется в твердотопливном котле, тогда нельзя допустить вскипание теплоносителя. Основная опасность связана с тем, что предохранительный клапан может просто не сработать, а это чревато большим взрывом. К тому же смесь воды и горячего пара плохо воздействует на функциональные способности циркуляционного насоса. Специалистами были разработаны два наиболее эффективных способа, которые позволяют контролировать процесс горения:

  1. Дроблённое или порошковое топливо должно поступать в котёл исключительно в дозированном объёме (действует та же схема, что и в пиллетных устройствах).
  2. Основной энергоноситель загружается в топку, после чего регулируется интенсивность подачи воздуха.

Преимущества и недостатки

У ископаемого угля, который используется в качестве основного вида топлива, есть свои преимущества и недостатки. Каждый пункт обязательно должен быть рассмотрен теми потребителями, которые применяют этот материал для отопления своих домов и дач.

Среди положительных характеристик можно отметить следующие факты:

  1. При сгорании уголь выделяет много полезного тепла.
  2. Такое топливо может использоваться в современных котлах, которые работают по принципу «буржуйка», а также в универсальном оборудовании с системой водяного отопления.
  3. У потребителя всегда есть возможность выбрать наиболее подходящий материал — каменный, бурый или же древесный уголь.
  4. Такое топливо горит намного дольше, нежели обычные дрова. Как показывает практика, одной закладки вполне хватает на 12 часов активной эксплуатации котла.
  5. Доступная цена. Купить качественный уголь без лишних финансовых затрат можно в любом регионе России.
  6. Простота хранения. Добываемый каменный уголь практически не впитывает влагу, благодаря чему его можно хранить как под открытым небом, так и под небольшим навесом.

Негативные стороны природного угля не стоит оставлять без внимания, так как они тоже влияют на качество работы отопительной системы.


Основными недостатками считаются следующие показатели:

  1. Загрязнение окружающей среды и неприятный запах. Во время сжигания ископаемых материалов, в атмосферу выделяется большое количество СО2. Помимо этого, дымовые газы имеют весьма резкий и неприятный запах, что может приносить массу дискомфорта обычным гражданам.
  2. Отсутствие автоматизации. У мастера не будет возможности настроить работу котла на определённый временной промежуток, к тому же загружать уголь придётся вручную. Для обычного устройства необходимо минимум 3 заправки топливным материалом в день.
  3. Регулярная очистка внутренних поверхностей и удаление скопившейся золы. Убирать все остатки угля необходимо ежедневно, во время этой процедуры котёл должен быть остановлен.

Все эти недостатки не являются критическими, благодаря чему ископаемый и древесный уголь активно используется не только в частной отрасли, но и промышленной. Такая популярность возникла на фоне доступной цены и отменных тепловых характеристик.

Удельная теплота сгорания топлива — урок. Физика, 8 класс.

Различные виды топлива (твёрдое, жидкое и газообразное) характеризуются общими и специфическими свойствами. К общим свойствам топлива относятся удельная теплота сгорания и влажность, к специфическим — зольность, сернистость (содержание серы), плотность, вязкость и другие свойства.

Удельная теплота сгорания топлива — это количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании \(1\) кг твёрдого или жидкого топлива или \(1\) м³ газообразного топлива.

Энергетическая ценность топлива в первую очередь определяется его удельной теплотой сгорания.

Удельная теплота сгорания обозначается буквой \(q\). Единицей удельной теплоты сгорания является \(1\) Дж/кг для твёрдого и жидкого топлива и \(1\) Дж/м³ для газообразного топлива.

Удельную теплоту сгорания на опыте определяют довольно сложными методами.

 

Таблица 2. Удельная теплота сгорания некоторых видов топлива.

 

Твёрдое топливо

Вещество

Удельная теплота сгорания,

МДж/кг

Бурый уголь

\(9,3\)

Древесный уголь

\(29,7\)

Дрова сухие

\(8,3\)

Древесные чурки

\(15,0\)

Каменный уголь

марки А-I

\(20,5\)

Каменный уголь

марки А-II

\(30,3\)

Кокс

\(30,3\)

Порох

\(3,0\)

Торф

\(15,0\)

 

Жидкое топливо

Вещество

Удельная теплота сгорания,

МДж/кг

Бензин, нефть

\(46,0\)

Дизельное топливо

\(42,0\)

Керосин

\(43,0\)

Мазут

\(40,0\)

Спирт этиловый

\(27,0\)

 

Газообразное топливо

(при нормальных условиях)

Вещество

Удельная теплота сгорания,

МДж/м³

Водород

\(120,8\)

Генераторный газ

\(5,5\)

Коксовый газ

\(16,4\)

Природный газ

\(35,5\)

Светильный газ

\(21,0\)

 

Из этой таблицы видно, что наибольшей является удельная теплота сгорания водорода, она равна \(120,8\) МДж/м³. Это значит, что при полном сгорании водорода объёмом \(1\) м³ выделяется \(120,8\) МДж \(=\)\(120,8\)⋅106 Дж энергии.

Водород — один из высокоэнергетических видов топлива. Кроме того, продуктом сгорания водорода является обычная вода, в отличие от других видов топлива, где продуктами сгорания являются углекислый и угарный газы, зола и топочные шлаки. Это делает водород экологически наиболее чистым топливом.

Однако газообразный водород взрывоопасен. К тому же он имеет самую малую плотность в сравнении с другими газами при равной температуре и давлении, что создаёт сложности со сжижением водорода и его транспортировкой.

 

Общее количество теплоты \(Q\), выделяемое при полном сгорании \(m\) кг твёрдого или жидкого топлива, вычисляется по формуле:

 

Q=qm.

 

Общее количество теплоты \(Q\), выделяемое при полном сгорании \(V\) м³ газообразного топлива, вычисляется по формуле:

 

Q=qV.

Влажность (содержание влаги) топлива снижает его теплоту сгорания, так как увеличивается расход теплоты на испарение влаги и увеличивается объём продуктов сгорания (из-за наличия водяного пара).
Зольность — это количество золы, образующейся при сгорании минеральных веществ, содержащихся в топливе. Минеральные вещества, содержащиеся в топливе, понижают его теплоту сгорания, так как уменьшается содержание горючих компонентов (основная причина) и увеличивается расход тепла на нагрев и плавление минеральной массы.
Сернистость (содержание серы) относится к отрицательному фактору топлива, так как при его сгорании образуются сернистые газы, загрязняющие атмосферу и разрушающие металл. Кроме того, сера, содержащаяся в топливе, частично переходит в выплавляемый металл, сваренную стекломассу, снижая их качество. Например, для варки хрустальных, оптических и других стёкол нельзя использовать топливо, содержащее серу, так как сера значительно понижает оптические свойства и колер стекла.

Таблица значений удельной теплоты сгорания топлива

 

 

Топлива. Высшая теплотворная способность — таблица. (Удельная теплота сгорания). 

Приведенные в этой таблице величины соответствуют высшей теплотворной способности для сгорания при постянном давлении 1 bar и температуре 0oC. 

Высшая теплотворная способность (Higher Calorific Value = Gross Calorific Value = GCV) – количество теплоты, выделяемой при полном сгорании топлива, охлаждении продуктов сгорания до температуры топлива и конденсации водяного пара, образовавшегося при окислении водорода, входящего в состав топлива.

Низшая теплотворная способность (Lower Calorific Value = Net Calorific Value = NCV) – количество теплоты, выделяемой при полном сгорании топлива без конденсации водяного пара.

 Топлива, массовая характеристика:

Высшая теплотворная способность

кДж/кг

ккал/кг

БТЕ/фунт, Btu/lb

Ацетон,Acetone

29 000

6 900

12 500

Бензин, Gasoline, Petrol

47 300

11 250

20 400

Бутан, Butane C4H10

49 500

11 800

20 900

Водород, Hydrogen

141 800

33 800

61 000

Газойль, Gas oil

38 000

9 050

16 400

Глицерин, Glycerin

19 000

4 550

8 150

Гудрон, Битум, Tar

36 000

8 600

15 450

Дизтопливо, дизельное топливо, Diesel

44 800

10 700

19 300

Дерево сухое, Wood (dry)

14 400 — 17 400

3 450 — 4 150

6 200 — 7 500

Керосин, Kerosene

35,000

8,350

15 400

Кокс, Coke

28 000 — 31 000

6 650-7 400

12 000 — 13 500

Мазут, Heavy fuel oil

41 200

9 800

17 700

Метан, Methane

55 550

13 250

23 900

Порох, Gun powder

4 000

950

1 700

Пропан, Propane

50 350

12 000

21 650

Растительные масла, Oils vegetable

39 000 — 48,000

9 300 — 11 450

16 750 — 20 650

Скипидар, Turpentine

44 000

10 500

18 900

Спирт, Alcohol, 96% , Ethanol

30 000

7 150

12 900

Сырая нефть, Petroleum

43 000

10 250

18 500

Торф, Peat

13 800 — 20 500

3 300 — 4 900

5 500 — 8 800

Уголь-антрацит, Anthracite

32 500 — 34 000

7 750-8 100

14 000 — 14 500

Уголь битуминозный (жирный), Bituminous coal

17 000 — 23 250

4 050-5 500

7 300 — 10 000

Уголь древесный, Charcoal

29 600

7 050

12 800

Уголь каменный, Coal

15 000 — 27 000

3 550-6 450

8 000 — 14 000

Уголь бурый, лигнит, Lignite

16 300

3 900

7 000

Уголь -полуантрацит, Semi anthracite

26 700 — 32 500

6 350 — 7 750

11 500 — 14 000

Эфир, Ether

43 000

10 250

18 500

Газы, объемная характеристика:

кДж/м3

ккал/м3

БТЕ/фут3, Btu/ft3

Ацетилен, Acetylene

56 000

13 350

728

Бутан, Butane C4H10

133 000

31 750

1 700

Водород, Hydrogen

13 000

3 100

170

Метан, Methane CH4

39 800

9 500

520

Природный газ, Natural gas

35 000- 43 000

8 350-10 250

455 — 560

Пропан, Propane C3H8

101 000

24 100

1 310

цыкайкпцуп

 


Теплота сгорания — Союз горных инженеров. Информационный портал, посвященный добыче угля, руды и прочих полезных ископаемых.

Учитывая, что, в основном, уголь используется в качестве топлива, теплота сгорания является его важнейшей характеристикой. Именно теплота сгорания определяет калорийность угля — то есть количество тепловой энергии, которую может выделить уголь определенного вида.

Ниже приведена таблица с высшей теплотой сгорания нескольких видов твердого топлива:





Торф 5500–5700 кКал/кг 23–24 МДж/кг
Уголь бурый 6100–7700 кКал/кг 26–32 МДж/кг
Уголь каменный 7700–8800 кКал/кг 32–37 МДж/кг
Антрацит 8000–8500 кКал/кг 34–36 МДж/кг

 

Высшая теплота сгорания — это величина, характеризующая полное сгорание угля. Она обозначается как Qs и определяется, как правило, на беззольное состояние угля — Qsaf, характеризующее полное сгорание этого вещества. Достигается такое состояние экспериментальным путем, в кислородной среде, которая создается в калориметрической бомбе.

Также высшая теплота сгорания может быть рассчитана математически, по данным элементного анализа.

Великий русский химик Д. И. Менделеев предложил следующую формулу для расчета высшей температуры сгорания: Qsaf=81С + 300Н − 26(О-S)

где С, Н, О, S — массовая доля элементов в веществе ТГИ, %.

Эта формула дает приблизительную оценку величины Qsaf и лучше подходит для рассчета высшей теплоты сгорания твердого топлива с невысокой зольностью — каменных углей и антрацитов.

Другой показатель — низшая удельная теплота сгорания — Qi является величиной, обозначающей высшую теплоту сгорания за вычетом теплоты испарения воды, выделившейся из угля в процессе его горения. Эта величина определяется на рабочее состояние угля — Qri — и также определяется экспериментальным путем или с помощью математического расчета.

Источник статьи: ukport.ru

Таблица теплотворности

 Обратите внимание на теплотворную способность (удельную теплоту сгорания) различных видов топлива, сравните показатели. Теплотворная способность топлива характеризует количество теплоты, выделяемое при полном сгорании топлива массой 1 кг или объёмом 1 м³ (1 л). Наиболее часто теплотворная способность измеряется в Дж/кг (Дж/м³; Дж/л). Чем выше удельная теплота сгорания топлива, тем меньше его расход. Поэтому теплотворная способность является одной из наиболее значимых характеристик топлива. Зная эти показатели, нужно учитывать их при проектирование котельной на твёрдом топливе.

 Удельная теплота сгорания каждого вида топлива зависит:

 От его горючих составляющих (углерода, водорода, летучей горючей серы и др.), а также от его влажности и зольности.





































Вид топлива Ед. изм. Удельная теплота сгорания Эквивалент
кКал кВт МДж Природный газ, м3 Диз. топливо, л Мазут, л
Электроэнергия 1 кВт/ч 864 1,0 3,62 0,108 0,084 0,089
Дизельное топливо (солярка) 1 л 10300 11,9 43,12 1,288 1,062
Мазут 1 л 9700 11,2 40,61 1,213 0,942
Керосин 1 л 10400 12,0 43,50 1,300 1,010 1,072
Нефть 1 л 10500 12,2 44,00 1,313 1,019 1,082
Бензин 1 л 10500 12,2 44,00 1,313 1,019 1,082
Газ природный 1 м 3 8000 9,3 33,50 0,777 0,825
Газ сжиженный 1 кг 10800 12,5 45,20 1,350 1,049 1,113
Метан 1 м 3 11950 13,8 50,03 1,494 1,160 1,232
Пропан 1 м 3 10885 12,6 45,57 1,361 1,057 1,122
Этилен 1 м 3 11470 13,3 48,02 1,434 1,114 1,182
Водород 1 м 3 28700 33,2 120,00 3,588 2,786 2,959
Уголь каменный (W=10%) 1 кг 6450 7,5 27,00 0,806 0,626 0,665
Уголь бурый (W=30…40%) 1 кг 3100 3,6 12,98 0,388 0,301 0,320
Уголь-антрацит 1 кг 6700 7,8 28,05 0,838 0,650 0,691
Уголь древесный 1 кг 6510 7,5 27,26 0,814 0,632 0,671
Торф (W=40%) 1 кг 2900 3,6 12,10 0,363 0,282 0,299
Торф брикеты (W=15%) 1 кг 4200 4,9 17,58 0,525 0,408 0,433
Торф крошка 1 кг 2590 3,0 10,84 0,324 0,251 0,267
Пеллета древесная 1 кг 4100 4,7 17,17 0,513 0,398 0,423
Пеллета из соломы 1 кг 3465 4,0 14,51 0,433 0,336 0,357
Пеллета из лузги подсолнуха 1 кг 4320 5,0 18,09 0,540 0,419 0,445
Свежесрубленная древесина (W=50…60%) 1 кг 1940 2,2 8,12 0,243 0,188 0,200
Высушенная древесина (W=20%) 1 кг 3400 3,9 14,24 0,425 0,330 0,351
Щепа 1 кг 2610 3,0 10,93 0,326 0,253 0,269
Опилки 1 кг 2000 2,3 8,37 0,250 0,194 0,206
Бумага 1 кг 3970 4,6 16,62 0,496 0,385 0,409
Лузга подсолнуха, сои 1 кг 4060 4,7 17,00 0,508 0,394 0,419
Лузга рисовая 1 кг 3180 3,7 13,31 0,398 0,309 0,328
Костра льняная 1 кг 3805 4,4 15,93 0,477 0,369 0,392
Кукуруза-початок (W>10%) 1 кг 3500 4,0 14,65 0,438 0,340 0,361
Солома 1 кг 3750 4,3 15,70 0,469 0,364 0,387
Хлопчатник-стебли 1 кг 3470 4,0 14,53 0,434 0,337 0,358
Виноградная лоза (W=20%) 1 кг 3345 3,9 14,00 0,418 0,325 0,345

Теплотворная способность различных видов топлива

Теплотворная способность топлива — это количество тепла, выделяемого при его сгорании. Теплотворная способность, также называемая энергией или теплотой сгорания, является мерой плотности энергии топлива и выражается в энергии (джоулях) на указанное количество (, например, килограмма).

Теплотворная способность
Водород (H 2 ) 120-142 МДж / кг
Метан (CH 4 ) 50-55 МДж / кг
Метанол (CH 3 OH) 22.7 МДж / кг
Диметиловый эфир — DME (CH 3 OCH 3 ) 29 МДж / кг
Бензин / бензин 44-46 МДж / кг
Дизельное топливо 42-46 МДж / кг
Сырая нефть 42-47 МДж / кг
Сжиженный углеводородный газ (LPG) 46-51 МДж / кг
Природный газ 42-55 МДж / кг
Каменный каменный уголь (определение МЭА) > 23.9 МДж / кг
Каменный каменный уголь (Австралия и Канада) г. 25 МДж / кг
Полубитуминозный уголь (определение МЭА) 17,4-23,9 МДж / кг
Полубитуминозный уголь (Австралия и Канада) г. 18 МДж / кг
Бурый уголь / бурый уголь (определение МЭА) <17,4 МДж / кг
Бурый уголь / бурый уголь (Австралия, электричество) г.10 МДж / кг
Дрова (сухие) 16 МДж / кг
Природный уран в LWR (нормальный реактор) 500 ГДж / кг
Природный уран в LWR с рециркуляцией U и Pu 650 ГДж / кг
Уран природный, в FNR 28000 ГДж / кг
Уран с обогащением до 3,5%, в LWR 3900 ГДж / кг

Данные по урану основаны на выгорании 3 из 45 000 МВт · сут / т.5% обогащенный U в LWR
МДж = 10 6 Джоуль, ГДж = 10 9 Дж
МДж в кВтч при КПД 33%: x 0,0926
Одна тонна нефтяного эквивалента (тнэ) равна 41,868 ГДж


Примечания и ссылки

Общие источники

Интернет-книга по химии NIST
Информация об электроэнергетике ОЭСР / МЭА (различные издания)
Международный газовый союз, Руководство по конверсии природного газа

Сжигание битуминозного угля с новыми выводами

\ n

2.Материалы и методы

\ n \ n

2.1. Образцы угля

\ n

Образцы SBC были закуплены у компании Shenmu Energy Developments Ltd и измельчены в порошок различных размеров. Перед испытанием образец помещали в сушильный шкаф при температуре 105 ° C на 90 мин. Затем угли просеивали до размеров частиц менее 40, 90–100, 128–180, 280–355 и 355–500 мкм. Чтобы идентифицировать фазы SBC, картины дифракции рентгеновских лучей (XRD) были записаны с помощью Bruker D8 Focus при 40 кВ и 150 мА с Cu Kα ( λ = 0.154056 нм) излучения. Ссылаясь на карты базы данных Объединенного комитета по стандартам порошковой дифракции (JCPDS), которые также называются файлом дифракции мощности (PDF), кристаллические фазы были идентифицированы. Образцы сканировали с шагом 0,02 ° (2 θ ) в диапазоне 5–90 °. При сравнении со стандартным PDF было обнаружено, что образцы угля в основном состоят из CaCO 3 , SiO 2 и каолинита, как показано на рисунке 1. Наличие карбоната может быть основной причиной формирования слабой потери веса. пик в конце процессов горения.

\ n

Рис. 1.

Рентгенограммы SBC.

\ n

Элементы образцов SBC были идентифицированы ближайшим анализатором угля, как показано в таблице 1. M ad , A ad , V ad , FC ad и Q ad.net представляют влагу, зольность, летучий, связанный углерод и низкую теплотворную способность в воздушно-высушенной основе, соответственно. C ad , H ad , O ad , N ad и S ad представляют элементы углерода, водорода, кислорода, азота и серы в воздушно-высушенной основе, соответственно.

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

Приблизительный анализ Окончательный анализ
M ad
(%)
A ad
(% )
V ad
(%)
FC ad
(%)
Q ad.net
(кДж / кг)
C ad
(%)
H ad
(%)
O ad
(%)
N ad
(%)
S ad
(%)
6.53 10,41 32,40 50,66 26,120 66,70 4,11 10,79 1,04 0,42

Таблица 1.

Результаты экспресс-анализа и окончательного анализа SBC.

\ n \ n \ n

2.2. Комплексный тест

\ n

Испытания характеристик горения SBC были выполнены с помощью системы TG-MS-FTIR, которая включает анализатор TG (STA-449F3, Netzsch), масс-спектрометр (QMS403C, Aeolos) и FTIR-спектрометр (Tensor 27, Bruker).Комбинированная система контролировалась одновременно, и данные записывались с помощью компьютера, как показано на рисунке 2. Из-за предела максимальной температуры нагрева и скорости нагрева TG, максимальная температура нагрева была установлена ​​на уровне 1200 ° C, а скорость нагрева была установлена ​​на уровне 10 ° C. , 20, 30 и 40 ° C / мин. Принимая во внимание потребность в кислороде для полного сгорания проб 10 мг SBC в пределах ограничений TG, общие скорости потока были установлены на уровне 50, 100 и 150 sccm. Испытания проводились в четыре этапа. Сначала образец SBC массой около 10 мг диспергировали на круглом глиноземном поддоне, а воздух в камере TG заменяли газовой смесью, состоящей из 20% O 2 и 80% Ar.Поставляемый O 2 был намного больше, чем теоретически необходимо для полного окисления образца SBC, но был похож на воздух. Во-вторых, образцы нагревали со скоростью 10 ° C / мин от 40 до 110 ° C и выдерживали 30 мин. В-третьих, образцы нагревали до 1200 ° C с четырьмя скоростями нагрева, а именно 10, 20, 30 и 40 ° C / мин соответственно. Наконец, вся программа повышения температуры была завершена после изотермического процесса в течение 10 минут. Три полных расхода (50, 100 и 150 sccm), содержащие 20% O 2 и 80% Ar, направлялись в камеру TG в течение всего процесса нагрева.Подробные экспериментальные условия приведены в таблице 2.

\ n

Рисунок 2.

Схема системы TG-MS-FTIR.

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

Состояние Масса (мг) Скорость потока (sccm) Скорость нагрева (° C / мин) Размер частиц ( мкм)
O 2 Ar Ar
1 9,411 20 60 20 20 0–40
2 10.248 20 60 20 10 90–100
3 9,788 20 60 20 20 90–100
4 9,348 20 60 20 30 90–100
5 9,589 20 60 20 40 90–100
6 9.251 20 60 20 20 125–180
7 10,246 20 60 20 20 280–355
8 9,786 20 60 20 20 355–500
9 9.341 10 20 20 20 90–100
10 9.864 30 100 20 20 90–100

Таблица 2.

Примечание: Защитный газ TG составляет 20 sccm Ar постоянно.

\ n \ n \ n

2.3. Обработка данных

\ n \ n

2.3.1. Характеристическая температура

\ n

Характеристика воспламенения SBC анализируется на основе T ig . В настоящей работе T иг определяется общепризнанными методами TG-DTG [14]. T ожог определяется как температура с 98% общей потерей веса. T max , относящаяся к температуре, при которой продукт сгорания имеет максимальный объемный расход, также был определен посредством численного анализа.

\ n \ n \ n

2.3.2. Кинетический анализ

\ n

Кинетические параметры горения по данным TG рассчитываются методом Коутса-Редферна [15]: \ n

n = 1,… ln [−ln (1 − α) T2] = lnARβE (1−2RTE ) −ERTE1 \ nn ≠ 1,… ln [1 − ln (1 − α) 1 − nT2 (1 − n)] = ln [ARβE (1−2RTE)] — ERTE2 \ n

, где α = (m0 − m ) / (m0 − m∞) — коэффициент потери веса; м относится к массе образца; m0 и m∞ представляют собой начальную массу и конечную массу соответственно; β — скорость нагрева, К · мин −1 ; R — газовая постоянная; E — энергия активации, Дж · моль −1 ; A — частотный коэффициент, min −1 ; и n относится к порядку реакции.В общем, пункт 2RTE << 1 и (1−2RTE) ≈1. Поскольку первый элемент правой части уравнений почти постоянен, два уравнения должны давать прямую линию наклона. E можно вывести путем расчета с уклоном.

\ n \ n \ n

2.3.3. Анализ продуктов

\ n

Для получения объемных расходов продуктов во время окисления SBC использовались как MS, так и FIIR. Для обеспечения точного количественного анализа был использован новый метод анализа эквивалентного характеристического спектра, подробности которого можно найти в другом месте [16].В МС-анализе аргон использовался в качестве эталонного газа для калибровки продуктов с учетом сечений ионизации электронным ударом, интенсивности ионного потока и парциального давления различных частиц. Выведены характеристические спектры и относительная чувствительность. Влияние исходной массы угля на образование продуктов исключили нормированием массы угля.

\ n

Кривая производной термогравиметрии (DTG) является очень важным результатом SBC, потому что DTG может напрямую отражать изменение скорости горения, и это было связано с получением температуры воспламенения, температуры выгорания и индекса горючести.Поскольку потеря массы образца в основном происходит из-за разложения летучих веществ в образцах угля, DTG, рассчитанный на основе результатов МС продуктов сгорания, должен согласовываться с результатами DTG, измеренными анализатором TG. В качестве репрезентативного рисунка 3 сравнивается кривая DTG, рассчитанная по результатам МС, и измеренные результаты ТГ при условии 4 (см. Таблицу 2). Результаты показывают, что расчетные результаты МС хорошо согласуются с измеренными. Относительная погрешность составила ± 2.6% [16].

\ n

Рис. 3.

Сравнение кривых ДТГ из расчета и эксперимента.

\ n \ n \ n \ n

3. Результаты и обсуждение

\ n \ n

3.1. Результаты ТГ / ДТГ

\ n

На рисунке 4 представлены кривые ТГ / ДТГ, полученные при сжигании образцов SBC. При повышении температуры образец угля может пройти несколько этапов, включая удаление летучих веществ, образование кокса и сжигание кокса. Пик максимальной потери веса постепенно смещается в сторону высоких температур, а пиковое значение немного уменьшается по мере увеличения размера частиц.Скорость горения зависит от способности к диффузии и реакции. Во время процессов быстрого горения основным фактором, влияющим на горение, является диффузионная способность. По мере увеличения размера частиц площадь контактной поверхности уменьшается, что препятствует диффузии кислорода и затрудняет удаление летучих веществ и горение. Как следствие, удаление летучих веществ происходит при более высоких температурах, и значение пика потери веса уменьшается.

\ n

По сравнению с размером частиц, скорость нагрева более заметно влияет на характеристики потери веса.По мере увеличения скорости нагрева пик потери веса смещается в сторону высоких температур. Кроме того, также уменьшаются пиковые значения и остатки. Поскольку диффузионная способность является доминирующим фактором, влияющим на процесс горения, более длительное время контакта поверхности образца и кислорода может способствовать преобразованию SBC. Кроме того, требуется больше времени для достижения той же температуры при более медленной скорости нагрева по сравнению с более высокой. Например, время, необходимое для достижения 1200 ° C при 10 ° C / мин, в четыре раза больше, чем время, необходимое для достижения 1200 ° C при 40 ° C / мин.Таким образом, время прогорания при низкой скорости нагрева больше. Достаточный контакт частиц и кислорода благоприятен для процесса горения, и максимальное значение потери веса происходит при более низких температурах, а максимальная потеря веса смещается в сторону больших значений [17]. Понятно, что есть небольшой пик потери веса в пределах 600–700 ° C. Этот слабый пик мог быть результатом разложения карбоната в образцах угля. Кроме того, результаты TG / DTG для различных общих скоростей потока очень похожи, как показано на рисунке 4c.Поскольку подаваемого кислорода намного больше, чем теоретически необходимо для полного сгорания, характеристики потери веса нечувствительны к разнообразному общему расходу, измененному в экспериментах.

\ n

Рис. 4.

Кривая TG и DTG горения SBC с различными размерами частиц, скоростями нагрева и общим расходом.

\ n \ n \ n

3.2. Характеристические температуры

\ n

Характерные температуры, полученные при сгорании SBC при различных размерах частиц, скоростях нагрева и общих расходах, показаны на Рисунке 5.Как показано на рисунке 5a, и T ig , и T горят падают по мере уменьшения размера частиц, что согласуется с результатами, сообщенными Zhang et al. [18] для угля Юаньбаошань и Датун, а также Чжоу и др. [19] для угля Ленгшуйцзян и тощего угля. Согласно Zhang et al. и Zhou et al., уменьшение размера частиц может привести к увеличению площади поверхности для воздействия кислорода. Такое же поведение может происходить с SBC, и большая площадь поверхности образца SBC с меньшим размером частиц обеспечит его более низким T ig и T горением .

\ n

Рис. 5.

Характерные температуры горения SBC с различными размерами частиц, скоростями нагрева и общими расходами.

\ n

На рисунке 5b показана характерная температура как функция скорости нагрева. T ig , T max и T горение имеет тенденцию незначительно уменьшаться по мере уменьшения скорости нагрева, что хорошо согласуется с выводом, сделанным Лу и др. [20] для угля Qilianta. Это связано с тем, что теплопроводность угольной частицы при более низкой скорости нагрева лучше, чем при более высокой.С повышением температуры диффузия улучшается, что способствует удалению летучих веществ и приводит к снижению T или . Более того, время реакции больше при более медленной скорости нагрева. Поскольку предотвращается закупоривание поверхностных пор, сложнее сформировать золу, что может привести к более низкому ожогу T [21].

\ n

Для общего расхода наблюдается небольшое увеличение на T ig при большом общем расходе (см. Рисунок 5c).Это небольшое увеличение в основном происходит из-за более короткого времени пребывания O 2 на поверхности угольных частиц при более высоких общих скоростях потока. Даже если больше кислорода достигло поверхности угля, более высокая скорость молекулы кислорода затрудняет адсорбцию кислорода. Поскольку поставляемый O 2 был намного больше, чем теоретически необходимо для полного окисления образца SBC, влияние потока кислорода на полное сгорание и максимальную скорость сгорания неочевидно. Как следствие, как T max , так и T гореть показывают одинаковые значения при сжигании SBC при различных общих расходах.

\ n \ n \ n \ n

3.3. Энергия активации

\ n

На рисунке 6 показана энергия активации ( E ) SBC в зависимости от размера частиц, скорости нагрева и общего расхода. E имеет тенденцию к снижению с увеличением скорости нагрева, уменьшением размера частиц и общей скорости потока. По мере уменьшения размера частиц площадь поверхности увеличивается, что приводит к большей площади контакта с кислородом и лучшей термической реактивности. Таким образом, передача энергии извне внутрь быстро увеличивается, а значение E уменьшается.Когда общий расход увеличивается, время контакта кислорода с поверхностью образца сокращается, и значение E увеличивается. С другой стороны, температура будет быстро расти с высокой скоростью нагрева, и окисление угля может стать легче. Более низкий энергетический барьер облегчает окисление [22–24]. Этот результат также хорошо согласуется с выводом, сделанным Лу и соавт. [20] для разных видов углей. Подобно тенденции T ig , E уменьшалось, когда общий расход снижался.Адсорбционная способность кислорода на поверхности угольных частиц лучше при более низкой общей скорости потока, что может быть причиной уменьшения энергетического барьера.

\ n

Рис. 6.

Энергии активации горения SBC с различными размерами частиц, скоростями нагрева и общими расходами.

\ n \ n \ n

3.4. Результаты МС и FTIR

\ n

Объемные потоки различных продуктов сгорания при разных температурах могут быть получены путем нормализации и численного анализа результатов МС.Максимальные объемные потоки различных продуктов сгорания, а также соответствующие температуры ( T м ) используются для исследования правила образования выбросов загрязняющих веществ. В таблице 3 показаны максимальные объемные потоки CH 4 , NH 3 , NO, HCN, NO 2 и SO 2 , а также соответствующие T м . При сравнении результатов, полученных с разными размерами частиц, перечисленные виды, как правило, меньше производятся с меньшими размерами частиц.Принимая во внимание скорость нагрева, меньшие количества этих продуктов были измерены при более низкой скорости нагрева. Что касается общего расхода, количество этих веществ становится меньше, когда общий расход меньше. Как правило, T m нечувствителен к размеру частиц. Однако увеличение общего расхода обычно приводит к уменьшению T м . С увеличением скорости нагрева T м NO, NH 3 и HCN имеет тенденцию к увеличению, а T м SO x становится ниже.Подводя итог, более низкие концентрации CH 4 , NH 3 , NO, HCN, NO x и SO 2 наблюдались при меньшем размере частиц, более медленной скорости нагрева и более высокой общей скорости потока.

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

\ n

CH 4 NH 3 NO HCN NO 2 SO 2
Значение
(slm)
T м
(° C)
Значение
(slm)
T м
(° C)
Значение
(slm)
T м
(° C)
Значение
(slm)
T м
(° C)
Значение
(slm)
T м
(° C)
Значение
(slm)
T м
(° C)
1 4.08E − 05 442 3.61E − 04 318 4.72E − 05 493 5.05E − 04 452 6.14E − 05 431 6.38E − 06 400
2 3.53E − 05 427 2.41E − 04 309 3.56E − 05 458 3.68E − 04 443 4.17E − 05 438 4.52E − 06 402
3 5.91E − 05 440 2,81E-04 305 7,69 E − 05 492 3.09E − 04 451 6.41E − 05 440 7.73E − 06 388
4 6.51E − 05 437 2.17E − 04 307 6.46E − 05 494 4.94E − 04 453 9.84E − 05 429 8,37E − 06 379
5 5.06E-05 430 3,41 E − 04 337 1.40E − 04 507 3.97E − 04 512 1.29E − 04 439 1.24E − 05 350
6 7.27E − 05 453 4.23E − 04 338 4.60E − 05 494 6.74E − 04 463 7.10E − 05 442 4.55E − 06 400
7 7,94 E − 05 453 4.89E − 04 306 6.97E − 05 504 5.19E − 04 453 7.43E − 05 442 6.33E − 06 410
8 7.96E − 05 432 3.73E − 04 317 4.95E − 05 503 4.52E − 04 463 7.20E − 05 442 6.20E − 06 390
9 9.75E − 05 453 7.72E − 04 327 9.44E − 05 504 6.53E − 04 463 1.47E − 04 453 1.01E − 05 400
10 3.76E − 05 430 1.58E − 04 316 4.32E − 05 482 3.03E − 04 472 4.99E − 05 440 5.75E − 06 398

Таблица 3.

Максимальный объемный расход типичных продуктов сгорания.

Примечание: T м означает температуру, при которой достигается максимальный расход.

\ n

На Рисунке 7 показаны объемные скорости потока различных частиц, образующихся при условии 4 (см. Таблицу 2).При сгорании SBC и NH 3 , и HCN имели форму двух пиков. Пик перед T ig возникает из-за удаления летучих веществ, тогда как пик после T ig в основном возникает в результате разложения азотных компонентов как в летучих углях, так и в полукоксу. Дальнейшее повышение температуры привело к превращению этих двух частиц в NO и NO 2 .

\ n

Рисунок 7.

Расходы основных продуктов.

\ n

NO 2 показал плечевой пик и асимметричный одиночный пик.Пик на плече обусловлен слабым высвобождением NO 2 во время удаления летучих. Асимметричный одиночный пик может быть результатом превращения азотсодержащих гетероциклических частиц в конце удаления летучих веществ и в начале горения полукокса. Однако другие азотсодержащие компоненты, обогащенные полукоксом, будут выделять NO 2 во время быстрого сгорания полукокса. Меньше выбросов NO 2 наблюдались при меньшем размере частиц, более медленной скорости нагрева и более высокой общей скорости потока.Точно так же выбросы SO 2 относительно меньше, чем выбросы, образующиеся при более низкой скорости нагрева и более высокой общей скорости потока. Однако количество SO 2 очень похоже для исследуемого диапазона размеров частиц, что указывает на его нечувствительность к размеру частиц.

\ n

Рис. 8.

Производство NO 2 (a, c, e) и SO 2 (b, d, f) с различными размерами частиц, скоростями нагрева и общими расходами.

\ n

Сравнивая образование NO 2 и SO 2 с различными размерами частиц, скоростями нагрева и общим расходом, показанными на Рисунке 8, очевидно, что количество образовавшегося SO 2 намного ниже. чем у NO и NO 2 .Подводя итог, можно сказать, что сжигание SBC с меньшим размером частиц, более медленной скоростью нагрева и более высокой общей скоростью потока способствует контролю образования загрязняющих веществ. Этот результат согласуется с результатами, полученными для углей Hegang, Tiefa и Zhungeer Wei et al. [25] и серный уголь Heshan Jiang et al. [23, 26].

\ n

Чтобы визуализировать образование основных частиц и избежать эффекта фрагментации ионов в МС, в данной работе был задействован ИК-Фурье спектральный диапазон 500–5000 см –1 .На рисунке 9 представлен типичный трехмерный (3D) спектр, измеренный с размером частиц 90–100 мкм, общей скоростью потока 100 см3 / мин и скоростью нагрева 20 ° C / мин. Максимальный пик поглощения расположен при волновом числе 2380 см -1 , соответствующем аномальной вибрации CO 2 . Другой очевидный пик на 700 см -1 принадлежит изгибному колебанию CO 2 . Пики при 1375 и 3600 см -1 соответствуют SO 2 и H 2 O соответственно.При сравнении стандартных спектральных пиков различных видов наблюдались перекрывающиеся пики. Например, пик между 1500 и 1800 см −1 должен быть перекрытием H 2 O и NO [27, 28]. Как видно на Рисунке 9, CO 2 становится обнаруживаемым при температуре около 140 ° C. До 200 ° С наблюдалось медленное повышение. Еще одна точка поворота была измерена при температуре около 375 ° C, что также хорошо согласуется с впадиной волн на профилях HCN и NH 3 . Помимо CO 2 , быстрое образование основных частиц было достигнуто в диапазоне температур 400–500 ° C, что согласуется с температурой быстрого горения, обнаруженной в анализе масс-спектрометрии.Чтобы показать постепенное изменение конкретных видов при различных температурах на рисунке 9, на рисунке 10 представлены двумерные (2D) спектры. Пики, расположенные примерно при 2380 и 3600 см -1 , соответствуют CO 2 и H 2 O соответственно. При сравнении различных спектров, полученных при разных температурах, очевидно, что максимальные значения пиков различных продуктов сгорания находятся при температуре 450 ° C, соответствующей температуре быстрого горения.В спектрах, полученных при температурах выше 450 ° C, наблюдаются очень слабые пики, так как образцы SBC почти выгорели.

\ n

Рис. 9.

3D FTIR-спектры с различными волновыми числами и температурами.

\ n

Рис. 10.

2D FTIR-спектры при различных температурах.

\ n \ n \ n

4. Выводы

\ n

Горение SBC было всесторонне изучено с помощью онлайн-системы TG-MS-FTIR с точки зрения характеристических температур, а также качественного и количественного анализов продуктов.Использовали пять размеров частиц в диапазоне от 0 до 500 мкм, четыре скорости нагрева от 10 до 40 ° C / мин и три общих скорости потока от 50 до 150 sccm. Чтобы избежать влияния перекрывающихся пиков, дрейфа сигнала и задержки динамического отклика в спектрах ионного тока во время МС-анализа, аргон использовался в качестве эталонного газа для калибровки продуктов с учетом сечений ионизации электронным ударом, интенсивности ионного потока и частичного давления разных видов. Результаты показывают, что уменьшение размера частиц, скорости нагрева и скорости потока приводит к более низким температурам воспламенения и выгорания, в то время как энергия активации имеет тенденцию быть ниже при меньшем размере частиц, более высокой скорости нагрева и более низкой скорости потока.Уменьшение размера частиц может привести к большей площади контакта с кислородом и лучшей термической реактивности. Более медленная скорость нагревания может дать больше времени для реакции. Кроме того, более высокая общая скорость потока снизит адсорбируемость кислорода на поверхности угольных частиц при более высокой скорости потока. Из анализа МС и FTIR наблюдали, что более низкие концентрации различных продуктов образуются при меньшем размере частиц, более медленной скорости нагрева и более высокой общей скорости потока. Эти результаты помогут понять кинетику горения SBC и помогут контролировать образование загрязняющих веществ.

\ n

Выражение признательности

\ n

Авторы благодарят за финансовую поддержку Программу набора международных молодых экспертов и Программу стратегических приоритетных исследований Китайской академии наук (грант № XDA0703100). Авторы также благодарят г-на Кая Вэя, г-на Чжи-Цян Гонга и доктора Чжи-Чен Лю за их помощь в экспериментах.

\ n \ n

1. Введение

\ n

Быстрый рост мирового населения, а также индустриализация привели к одновременному увеличению загрязнения окружающей среды.Это очень негативно сказывается на природных элементах, жизненно важных для жизни на Земле, таких как воздух и вода. Поэтому очень важно найти устойчивые способы уменьшения загрязнения, чтобы обеспечить чистую и безопасную окружающую среду для людей. Фотокатализ вызвал интерес во всем мире благодаря своему потенциалу использования солнечной энергии не только для решения экологических проблем, но и для обеспечения возобновляемого и устойчивого источника энергии. Эффективный фотокатализатор преобразует солнечную энергию в химическую энергию, которую можно использовать для экологических и энергетических применений, таких как водоподготовка, очистка воздуха, самоочищение поверхностей, производство водорода путем расщепления воды и преобразование CO 2 в углеводородное топливо.

\ n

Исследования в области разработки эффективных фотокаталитических материалов достигли значительного прогресса за последние два десятилетия, при этом ежегодно публикуется большое количество исследовательских работ. Улучшение характеристик фотокаталитических материалов в значительной степени связано с достижениями в области нанотехнологий. Из многих материалов, которые были изучены для фотокатализа, диоксид титана (TiO 2 ; диоксид титана) был тщательно исследован, поскольку он обладает такими достоинствами, как высокая фотокаталитическая активность, отличная физическая и химическая стабильность, низкая стоимость, некоррозионность, нетоксичность и высокая доступность [1, 2, 3, 4].Фотокаталитическая активность диоксида титана зависит от его фазы. Он существует в трех кристаллических фазах; анатаз, рутил и брукит. Фаза анатаза является метастабильной и имеет более высокую фотокаталитическую активность, в то время как фаза рутила более химически стабильна, но менее активна. Некоторые диоксиды титана со смесью фаз анатаза и рутила проявляют более высокую активность по сравнению с фазами чистого анатаза и рутила [5, 6, 7]. Когда диоксид титана облучают светом достаточной энергии, электроны из валентной зоны продвигаются в зону проводимости, оставляя недостаток электронов или дырку h + в валентной зоне и избыток отрицательного заряда в зоне проводимости.Свободные электроны в зоне проводимости являются хорошими восстановителями, в то время как образующиеся дырки в валентной зоне являются сильными окислителями и оба могут участвовать в окислительно-восстановительных реакциях.

\ n

Titania, однако, имеет ряд недостатков, которые ограничивают его практическое применение в фотокатализе. Во-первых, фотогенерированные электроны и дырки сосуществуют в частице диоксида титана, и вероятность их рекомбинации высока. Это приводит к низким скоростям желаемых химических превращений по отношению к поглощенной световой энергии [8, 9].Относительно большая ширина запрещенной зоны (~ 3,2 эВ) требует ультрафиолетового света для фотоактивации, что приводит к очень низкой эффективности использования солнечного света. Ультрафиолетовый свет составляет лишь около 5% солнечного спектра по сравнению с видимым светом (45%) [1, 10]. В дополнение к этому, поскольку диоксид титана непористый и имеет полярную поверхность, он демонстрирует низкую способность абсорбировать неполярные органические загрязнители [10, 11, 12, 13]. Существует также проблема извлечения наноразмерных частиц диоксида титана из очищенной воды с точки зрения как экономики, так и безопасности [14].Наночастицы TiO 2 также страдают от агломерации и агломерации, которые влияют на фотоактивность, а также на поглощение света [15, 16, 17, 18]. В открытой литературе использовалось несколько стратегий для преодоления этих недостатков. Эти стратегии направлены на расширение длины волны фотоактивации TiO 2 в видимую область спектра, тем самым увеличивая использование солнечной энергии; предотвращение рекомбинации пары электрон / дырка и, таким образом, позволяя большему количеству носителей заряда успешно диффундировать к поверхности; увеличение сродства поглощения TiO 2 к органическим загрязнителям, а также предотвращение агломерации и агломерации наночастиц диоксида титана при одновременном облегчении их извлечения из очищенной воды.В последние годы было опубликовано несколько обзоров о разработке стратегий по устранению ограничений фотокатализа диоксидом титана [1, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25]. Однако большинство из них сосредоточено на удалении загрязнителей из сточных вод, разделении воды для производства водорода, конверсии CO 2 и механизмах реакции [1, 21, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31]. В этой главе мы рассмотрим некоторые из последних публикаций, в основном охватывающих последние 5 лет, о стратегиях, которые были исследованы для преодоления ограничений TiO 2 для общих фотокаталитических приложений, и об уровне успеха, которого удалось достичь с помощью этих стратегий. .Основываясь на текущем уровне исследований в этой области, мы также представляем некоторые перспективы будущего фотокатализа модифицированного TiO 2 .

\ n \ n

2. Модификация фотокатализаторов TiO

2

\ n

По модификации TiO 2 опубликовано большое количество исследовательских работ с целью улучшения ее фотокаталитических свойств. Эти модификации были выполнены множеством различных способов, включая легирование металлами и неметаллами, сенсибилизацию красителем, модификацию поверхности, изготовление композитов с другими материалами, а также иммобилизацию и стабилизацию опорных структур.Свойства модифицированного TiO 2 всегда по существу отличаются от чистого TiO 2 в отношении поглощения света, разделения заряда, адсорбции органических загрязнителей, стабилизации частиц TiO 2 и простоты отделения TiO 2 частицы.

\ n \ n

2.1. Легирование металлов

\ n

Легирование металлов широко использовалось для продвижения усилий по разработке модифицированных фотокатализаторов TiO 2 для эффективной работы в видимом свете.Фотоактивность фотокатализаторов TiO 2 , легированных металлом, в значительной степени зависит от природы иона легирующего элемента и его природы, его уровня, метода, используемого при легировании, типа используемого TiO 2 , а также реакции для чего используется катализатор и условия реакции [32]. Механизм снижения ширины запрещенной зоны TiO 2 при легировании металлом показан на рисунке 1. Считается, что легирование TiO 2 металлами приводит к перекрытию 3d-орбиталей Ti с d-уровнями металлы, вызывающие сдвиг в спектре поглощения в сторону более длинных волн, что, в свою очередь, способствует использованию видимого света для фотоактивации TiO 2 .

\ n

Рис. 1.

Механизм уменьшения ширины запрещенной зоны легированного металлом TiO 2 .

\ n

Было обнаружено, что легирование наночастиц TiO 2 Li, Na, Mg, Fe и Co с помощью высокоэнергетической шаровой мельницы с нитратами металлов расширяет диапазон чувствительности TiO 2 в видимом свете. В легированном натрием образце Ti существовал как Ti 4+ и Ti 3+ , и было обнаружено, что преобразование между Ti 4+ и Ti 3+ предотвращает рекомбинацию электронов и (e ) и отверстия (h + ).Легирование ионами металлов способствовало фазовым превращениям кристаллов, которые генерировали электроны (e ) и дырки (h + ) [33]. Мезопористый TiO 2 , полученный золь-гель методом и легированный различными уровнями Pt (1–5 мас.% Номинальной нагрузки), привел к получению TiO 2 с большой площадью поверхности с улучшенными каталитическими характеристиками в фотокаталитическом расщеплении воды для легированного Pt образцы. 2,5 мас.% Pt-TiO 2 показал оптимальные каталитические характеристики и снижение ширины запрещенной зоны TiO 2 с 3.00–2,34 эВ с повышенной емкостью накопления электронов, что приводит к минимизации скорости рекомбинации электронов и дырок [34]. Наночастицы благородных металлов, такие как Ag [35], Pt [34], Pd [36], Rh [37] и Au [38], также использовались для модификации TiO 2 для фотокатализа и, как сообщалось, эффективно препятствовали электронному рекомбинация дырок из-за возникающего барьера Шоттки на границе металл-TiO 2 . Наночастицы благородных металлов действуют как посредник при хранении и транспортировке фотогенерированных электронов от поверхности TiO 2 к акцептору.Фотокаталитическая активность увеличивается с уменьшением скорости рекомбинации носителей заряда.

\ n

В недавнем обзоре Low et al. [21] осаждение Au на поверхность TiO 2 , как сообщается, приводит к переносу электронов от фотовозбужденных частиц Au (> 420 нм) в зону проводимости TiO 2 , что показало уменьшение их полосы поглощения ( ~ 550 нм), и полоса была восстановлена ​​добавлением доноров электронов, таких как Fe 2+ и спиртов. Zhang et al.[39] сообщили, что активность связанного Au / TiO 2 в видимом свете может быть приписана усилению электрического поля вблизи металлических наночастиц. Более того, многочисленные исследователи соединили наночастицы Au и Ag на поверхность TiO 2 , чтобы использовать их свойства локализованного поверхностного плазмонного резонанса (LSPR) в фотокатализе [40]. Wang et al. [41] и Hu et al. [42] сообщили об улучшенных фотокаталитических характеристиках за счет наночастиц Pt, которые увеличили скорость переноса электронов к окислителю.Было обнаружено, что фотокаталитическое выделение водорода зависит от нескольких параметров, таких как содержание платины (мас.%) На TiO 2 , pH раствора и интенсивность света (УФ, видимая и солнечная) [43]. Более того, полное обесцвечивание и минерализация красителя были достигнуты при использовании Pt / TiO 2 в качестве катализатора; результаты были приписаны более высокому содержанию Pt в фотокатализаторе, приготовленном с наибольшим временем осаждения. Для катализаторов Pt-TiO 2 наилучшее обесцвечивание и минерализация красителя были получены на катализаторе, приготовленном методом фотохимического осаждения, и при использовании времени осаждения 120 мин в синтезе.Эти результаты могут быть связаны с более высоким содержанием Pt в фотокатализаторе, приготовленном с наибольшим временем осаждения.

\ n

Haung et al. [44] получили наночастицы Pt / TiO 2 из TiO 2 , полученные при различных значениях pH гидролиза, и обнаружили, что полученная фаза TiO 2 в значительной степени зависит от pH гидролиза. Пересечение анатаза / рутила образца Pt / TiO 2 имело более низкую скорость рекомбинации по сравнению с фазой анатаза Pt / TiO 2 из-за более длинного пути рекомбинации.Однако фаза анатаза Pt / TiO 2 показала лучшую эффективность разложения, чем пересечение анатаза Pt / TiO 2 / рутил. Уменьшение состава анатаза TiO 2 и уменьшение состава TiO 2 привело к снижению скорости разложения, что позволяет предположить, что состав анатаза в системе Pt / TiO 2 играет решающую роль в увеличении фотокаталитическое разложение красителя Acid Red 1.

\ n

Лю и др. [45] приготовили фотокатализатор TiO 2 (Pd-TiO 2 ), легированный палладием, с использованием метода химического восстановления и протестировали его на фотокаталитическое разложение органических загрязнителей.Было обнаружено, что размер зерен TiO 2 уменьшился, в то время как удельная поверхность увеличилась, а поглощение ультрафиолетового света также увеличилось после использования метода химического восстановления, однако все эти изменения не повлияли на разложение органического загрязнителя. Но деградация была значительно улучшена за счет осаждения наночастиц Pd; деградация органических загрязнителей Pd / TiO 2 была в 7,3 раза выше по сравнению с TiO 2 (P25).

\ n

Repouse et al.[46] приготовили серию промотированного благородным металлом TiO 2 (P25) влажной пропиткой и обнаружили, что дисперсия мелких металлических кристаллитов на TiO 2 не влияет на оптическую запрещенную зону TiO 2 . Катализатор, промотированный Pt, показал самую высокую фотокаталитическую эффективность при разложении бисфенола A под солнечным облучением. Они также обнаружили, что присутствие гуминовой кислоты значительно улучшает скорость реакции Rh / TiO 2 , но имеет явно неблагоприятный эффект с фотокатализатором P25 TiO 2 .Данные флуоресценции показали, что гуминовая кислота способна фотосенсибилизировать катализатор Rh / TiO 2 .

\ n

Легированный индием TiO 2 недавно был использован для фотокаталитического восстановления CO 2 [47]. Легирование индием привело к увеличению площади поверхности из-за подавления роста частиц TiO 2 во время синтеза TiO 2 . Способность In-TiO 2 к поглощению света была увеличена за счет введения уровня примесей ниже уровня зоны проводимости TiO 2 .Фотокаталитическая активность восстановления CO 2 у In-TiO 2 была примерно в 8 раз выше, чем у чистого TiO 2 , как следствие большой площади поверхности и расширенного диапазона поглощения света.

\ n

Легирование TiO 2 переходными металлами, такими как Cr [48], Co [48], Fe [48, 49, 50], Ni [48, 51], Mn [48, 52], V [53], Cu [54], Ni [51] и Zn [55] изучались различными исследовательскими группами. В многочисленных исследованиях сообщалось, что легирование TiO 2 переходными металлами улучшает фотокаталитическую активность, что связано с изменением электронной структуры, приводящим к смещению области поглощения с УФ на видимый свет.Сдвиг возникает в результате перехода с переносом заряда между d-электронами переходных металлов и проводящей или валентной зоной наночастиц TiO 2 . Интури и др. [48] ​​сравнили легирование наночастиц TiO 2 Cr, Fe, V, Mn, Mo, Ce, Co, Cu, Ni, Y и Zr и было обнаружено, что Cr, Fe и V демонстрируют улучшенные конверсии в видимой области спектра. области, в то время как включение других переходных металлов (Mn, Mo, Ce, Co, Cu, Ni, Y и Zr) оказывает ингибирующее действие на фотокаталитическую активность.TiO 2 , легированный хромом, продемонстрировал превосходные каталитические характеристики, и константа скорости оказалась примерно в 8-19 раз выше, чем у остальных катализаторов, легированных металлами. Сообщалось, что пики восстановления в TiO 2 , легированном хромом, смещались в сторону гораздо более низких температур из-за увеличения потенциала восстановления диоксида титана и хрома. Следовательно, более высокая фотокаталитическая эффективность Cr / TiO 2 в видимом свете может быть объяснена сильным взаимодействием (образованием связей Cr-O-Ti).При разложении пара-нитрофенола в видимом свете использовались легированные Fe наночастицы TiO 2 , и было обнаружено, что концентрация Fe-легирующей примеси имеет решающее значение для определения активности катализатора. Максимальная наблюдаемая скорость разложения пара-нитрофенола составляла 92% за 5 ч, когда молярная концентрация Fe (3+) составляла 0,05 мол.%, Без добавления каких-либо окисляющих реагентов. Превосходная фотокаталитическая активность была результатом увеличения пороговой длины волны отклика, а также максимального разделения фотогенерированных носителей заряда [49].С другой стороны, TiO 2 , легированный железом, оцененный на солнечную фотокаталитическую активность в отношении разложения гуминовой кислоты, показал эффект замедления для легированных катализаторов по сравнению с образцами TiO 2 без покрытия, что может быть отнесено скорее к реакциям поверхностного комплексообразования. чем реакции, протекающие в водной среде. Более высокие скорости удаления, достигаемые при использовании чистого TiO 2 , могут рассматриваться как специфические для подложки, а не связанные с неэффективными каталитическими характеристиками, активируемыми видимым светом [50].Ола и др. [56] сообщили, что свойства TiO 2 , легированного V, были настроены в сторону видимого света из-за замены Ti 4+ ионами V 4+ или V 5+ , поскольку V 4+ с центром на 770 нм, тогда как полоса поглощения V 5+ ниже 570 нм. Moradi et al. В работе [57] была получена высокая фотокаталитическая активность TiO 2 , легированного Fe, и изучено влияние содержания легирования Fe 3+ на ширину запрещенной зоны и размер наночастиц.Было обнаружено, что увеличение содержания легирования уменьшало ширину запрещенной зоны и размер частиц с 3,3 эВ и 13 нм для чистого TiO 2 до 2,9 эВ и 5 нм для Fe 10 -TiO 2 соответственно.

\ n

Катализатор TiO 2 , легированный редкоземельными металлами, также обладает хорошими свойствами захвата электронов, что может привести к более сильному смещению края поглощения в сторону большей длины волны, получая узкую запрещенную зону. Bethanabotla et al. [58] провели всестороннее исследование легирования редкоземельными элементами в TiO 2 и обнаружили, что примеси редкоземельных элементов улучшают фотодеградацию фенола в водной фазе при низких нагрузках при моделированном солнечном облучении, причем улучшения зависят от состава катализатора.Различия в химии дефектов на ключевых кинетических стадиях были даны в качестве объяснения улучшенных характеристик образцов, легированных редкоземельными элементами, по сравнению с чистым диоксидом титана. Reszczyńska et al. [59] подготовили серию фотокатализаторов наночастиц Y 3+ , Pr 3+ , Er 3+ и Eu 3+ , модифицированного TiO 2 , и результаты демонстрируют, что включение ионов RE 3+ в наночастицы TiO 2 приводит к синему смещению краев поглощения наночастиц TiO 2 и может быть приписано перемещению края зоны проводимости выше первого возбужденного состояния RE 3+ .Кроме того, встроенные ионы RE 3+ в первом возбужденном состоянии взаимодействуют с электронами зоны проводимости TiO 2 , что приводит к более высокой передаче энергии от ионов TiO 2 к ионам RE 3+ . Но наблюдаемый синий сдвиг можно также объяснить уменьшением размера кристаллитов RE 3+ –TiO 2 по сравнению с TiO 2 . Наночастицы Y 3+ , Pr 3+ , Er 3+ и Eu 3+ , модифицированные наночастицы TiO 2 , проявляют более высокую активность при облучении видимым светом по сравнению с чистым TiO 2 P25 и могут возбуждаться в видимый свет в диапазоне от 420 до 450 нм.В аналогичной работе, посвященной редкоземельным элементам (Er, Yb, Ho, Tb, Gd и Pr), нанотрубкам диоксида титана (RE-NT) [60] было обнаружено, что частицы RE 3+ расположены на границах кристаллов, а не внутри элементарная ячейка TiO 2 и наблюдаемое возбуждение в полосе поглощения TiO 2 с результирующим излучением RE 3+ подтвердили миграцию энергии между матрицей TiO 2 и RE 3+ . Было обнаружено, что присутствие редкоземельного компонента успешно снижает рекомбинацию электронов и дырок, улавливая их, а также способствуя их быстрому развитию вдоль поверхности наночастиц TiO 2 .Легирование ионами лантаноидов не повлияло на запрещенную зону наночастиц TiO 2 , однако это увеличило поглощение света катализатором. Диапазон поверхности наночастиц TiO 2 обычно увеличивается за счет легирования частиц La 3+ за счет уменьшения размера кристаллитов, и, соответственно, легированные наночастицы TiO 2 демонстрируют более высокую адсорбционную способность. На основе теоретических расчетов было предположено, что во время электрохимического процесса образуются новые состояния Ho-f и поверхностные вакансии, которые могут снизить энергию возбуждения фотонов из валентной зоны в зону проводимости при облучении видимым светом.Фотокаталитическая активность при облучении видимым светом приписывалась не · OH, а другим формам активных форм кислорода (O 2 · , HO 2 , H 2 O 2 ).

\ n \ n \ n

2.2. Легирование неметаллами

\ n

TiO 2 наночастиц были полностью легированы в узлах O неметаллами, такими как C [61], B [62], I [63], F [64], S [65] ] и N [66]. Сообщается, что неметаллические легирующие добавки более подходят для расширения фотокаталитической активности TiO 2 в видимой области по сравнению с металлической легирующей добавкой [67, 68].Это можно приписать примесным состояниям, которые находятся вблизи края валентной зоны, однако они не действуют как носители заряда, и их роль как центров рекомбинации может быть минимизирована [53]. Как показано на рисунке 2, смешивание p-состояний легированного неметалла с состояниями O2p смещает край валентной зоны вверх и сужает запрещенную зону легированного фотокатализатора TiO 2 . Сообщалось, что наночастицы TiO 2 , легированные азотом и углеродом, проявляют большую фотокаталитическую активность при облучении видимым светом по сравнению с другими неметаллическими легирующими добавками.

\ n

Рис. 2.

Механизм сужения запрещенной зоны для TiO, не легированного металлами 2 .

\ n

TiO, легированный азотом 2 (N-TiO 2 ), по-видимому, является наиболее эффективным и широко исследуемым фотокатализатором для легирования неметаллами. Zeng et al. [69] сообщили о получении высокоактивных модифицированных наночастиц N-TiO 2 с помощью нового модульного метода прокаливания. Превосходные фотокаталитические характеристики фотокатализатора были приписаны превосходной кристалличности, сильному улавливанию света и быстрому разделению фотогенерированных носителей.Более того, усиление разделения зарядов было приписано образованию парамагнитного кластера [O-Ti 4+ -N 2- -Ti 4+ -V O ]. Вакансия кислорода на поверхности, индуцированная вакуумной обработкой, захватывает электрон и способствует генерации суперкислородного анион-радикала, который является необходимым активным веществом в фотокаталитическом процессе. Фонгамвонг и др. [70] исследовали фотокаталитическую активность восстановления CO 2 в видимом свете над модифицированным фотокатализатором N-TiO 2 и обнаружили, что ширина запрещенной зоны фотокатализатора N-TiO 2 немного уменьшается с увеличением содержания азота.Кроме того, энергии подзон, связанные с уровнем примесной энергии, наблюдались в фотокатализаторе N-TiO 2 из-за наличия межузельных частиц N, и было обнаружено, что энергии подзон уменьшились с 2,18 эВ с 10 мас.% Фотокатализатор N-TiO 2 . Напротив, замена O на N затруднена из-за того, что радиус N (17,1 нм) больше по сравнению с O (14 нм), а электронейтральность может поддерживаться кислородными вакансиями, которые обеспечиваются заменой трех кислородных вакансий на два атома азота [71].Фотокатализатор N-TiO 2 снижает энергетические вакансии кислорода с 4,2 до 0,6 эВ, предполагая, что N способствует образованию вакансий кислорода [72].

\ n

Напротив, атомы O (14 нм) могут быть легко заменены атомами F (13,3 нм) из-за их близкого ионного радиуса [73]. Yu et al. [64] сообщили, что TiO 2 , легированный фтором (F-TiO 2 ), способен поглощать видимый свет из-за состояний с высокой плотностью, которые, по оценке, находятся ниже максимальной валентной полосы, хотя сдвига не было. в кромке ленты TiO 2 .Самсудин и др. обнаружили синергетический эффект между фтором и водородом в гидрированном TiO 2 , легированном фтором, который обеспечивает поглощение света в УФ, видимом и инфракрасном свете с улучшенным разделением электронов и дырок. Поверхностные вакансии и центры Ti 3+ гидрированного катализатора, легированного F, в сочетании с повышенной гидрофильностью поверхности способствовали образованию связанных с поверхностью и свободных гидроксильных радикалов. Частицы, присутствующие на поверхности катализатора, инициировали образование новых занятых состояний Ti 3+ под зоной проводимости гидрированного F-легированного TiO 2 , тем самым сужая ширину запрещенной зоны [73].Улучшенные фотокаталитические характеристики TiO 2 с примесью азота по сравнению с чистым TiO 2 также приписывают эффективному разделению электронно-дырочных пар, а также увеличению образования поверхностных радикалов, таких как гидроксил. TiO 2 с S, так как замена S на TiO 2 может быть легко выполнена из-за большего радиуса атомов S (18 нм) по сравнению с атомами O (14 нм). Сообщалось, что включение S в TiO 2 изменяет период решетки TiO 2 с уменьшением ширины запрещенной зоны с 3.От 2 до 1,7 эВ, что обеспечивает более высокую фотокаталитическую активность [74]. Фотокаталитическое восстановление Cr (IV), легированных N, S и C образцами TiO 2 , показало, что совместное легирование и прокаливание играют важную роль в микроструктуре и фотокаталитической активности катализаторов. Совместно легированные образцы, кальцинированные при 500 ° C, показали наивысшую активность, приписываемую синергетическому эффекту в усилении кристаллизации анатаза и совместного легирования (N, S и C). Легированный углеродом TiO 2 (C-TiO 2 ), как сообщается, более активен, чем N-TiO 2 , поэтому C-TiO 2 привлек особое внимание [75].Noorimotlagh et al. [76] исследовали фотокаталитическое удаление соединения нонилфенола (NP) с использованием активного в видимом свете C-TiO 2 с анатазом / рутилом. Было обнаружено, что легирование C в решетку TiO 2 может улучшить использование видимого света и повлиять на структурные свойства синтезированных фотокатализаторов. Кроме того, сообщалось, что после легирования углеродом и изменения температуры прокаливания ширина запрещенной зоны уменьшилась с 3,17 до 2,72 эВ и с 2,72 до 2.66 эВ соответственно. Ji et al. [61] сообщили о получении C-TiO 2 диаметром около 200 нм, а стенка трубки состояла из анатаза TiO 2 , аморфного углерода, кристаллического углерода и углеродных элементов, легированных в решетку TiO 2 . . Нанотрубки C-TiO 2 показали гораздо лучшие характеристики фотокаталитической активности, чем чистый TiO 2 в УФ и видимом свете. Полученные результаты были приписаны легированию C, которое сузило запрещенную зону TiO 2 , расширило адсорбцию видимого света в сторону большей длины волны и затруднило рекомбинацию зарядов.

\ n \ n \ n

2.3. Совместное легирование и три-легирование

\ n

Хотя TiO 2 , легированный одним металлом и легированный неметаллом, показал отличные характеристики в снижении рекомбинации электронов и дырок, они страдают от термической стабильности и потери ряда легирующих примесей во время катализатора. процесс приготовления [77]. Поэтому совместное легирование двух типов атомов в TiO 2 в последнее время вызывает большой интерес [78]. Электронная структура TiO 2 может быть изменена путем совместного легирования TiO 2 путем образования новых уровней легирования внутри его запрещенной зоны.Абдулла и др. [77] сообщили, что уровни легирования, расположенные в запрещенной зоне TiO 2 , могут либо принимать фотогенерированные электроны из валентной зоны TiO 2 , либо поглощать фотоны с более длинными волнами. Следовательно, можно предположить, что диапазон поглощения TiO 2 может быть расширен.

\ n

Zang et al. [79] оценили фотокаталитическую деградацию атразина при облучении УФ и видимым светом нанопроволок и наночастиц TiO 2 , содержащих N, F, в водной фазе.Было обнаружено, что фотокаталитическая деградация атразина была выше в присутствии нанопроволок TiO 2 , содержащих N, F, по сравнению с наночастицами TiO 2 , содержащими N, F. Более высокие фотокаталитические характеристики в присутствии нанопроволок TiO 2 , легированных N, F, приписывались более высокой подвижности носителей заряда и более низкой скорости рекомбинации носителей. Более того, скорость диффузии электронов через пересечения наночастиц на несколько порядков меньше, чем у нанопроволоки из-за частого захвата электронов на пересечениях наночастиц и увеличения рекомбинации разделенных зарядов до того, как они достигнут поверхности наночастиц TiO 2 .Park et al. [80] показали наилучшие характеристики для новых фотоэлектродов TiO 2 , легированных Cu / N, для сенсибилизированных красителями солнечных элементов. Было обнаружено, что наночастицы TiO 2 , легированные Cu / N, обеспечивают большую площадь поверхности, активный перенос заряда и уменьшенную рекомбинацию заряда. Кроме того, добавление электрода TiO 2 , легированного Cu к N, с подходящим содержанием эффективно ингибировало рост наночастиц TiO 2 и улучшало оптический отклик фотоэлектрода при облучении видимым светом.Chatzitakis et al. В работе [81] изучались фотоэлектрохимические свойства нанотрубок TiO 2 , легированных C, N, F. Было обнаружено, что увеличение площади поверхности не сопровождается увеличением эффективности фотопреобразования, а скорее достигается оптимальный баланс между электроактивной площадью поверхности и концентрацией носителей заряда.

\ n

Zhao et al. [82] исследовали характеристики фотокаталитического выделения H 2 тридегированного Ir-C-N TiO 2 при облучении УФ-видимым светом.Сообщалось, что фотокаталитическая активность наночастиц TiO 2 улучшается за счет трехосновного TiO 2 , легированного Ir-C-N, в УФ-видимом свете из-за синергического эффекта между Ir, C и N на электронную структуру TiO 2 . Было обнаружено, что Ir существует как Ir 4+ за счет замещения Ti в решетке наночастиц TiO 2 , тогда как C и N также были включены в поверхность наночастиц TiO 2 в режиме внедрения. Поглощение наночастиц TiO 2 было расширено в область видимого света, а ширина запрещенной зоны сузилась до ~ 3.0 эВ, что приводит к улучшенной фотокаталитической эволюции H 2 при облучении УФ-видимым светом. Tan et al. [83] исследовали фотокаталитическую деградацию метиленового синего наночастицами TiO 2 , легированными тройным W – Bi – S. Было обнаружено, что край поглощения TiO 2 расширялся в область видимого света после легирования W, Bi и S, и катализатор показал лучшую фотокаталитическую активность, чем у TiO 2 , S-TiO 2 , W – S – TiO 2 и Bi – S – TiO 2 .Это может быть связано с синергическим эффектом W, Bi и S.

\ n \ n \ n

2.4. Наноструктурированный TiO

2

\ n

Среди различных стратегий, которые использовались для повышения фотокаталитической активности TiO 2 , улучшение морфологии, кристаллической структуры и площади поверхности также считается важным и широко исследуемым подходом для достижения лучшего фотокаталитического воздействия. представление. Кристалличность нанотитана может быть просто увеличена за счет оптимизации температуры отжига.Однако при отжиге необходимо учитывать стабильность структуры и геометрии [84]. Для морфологии и площади поверхности нанотитана были изучены различные упорядоченные структуры. TiO 2 нанотрубки [85, 86], нанопроволоки [79], наносферы [87] и т. Д. Tang et al. изготовили монодисперсные мезопористые наносферы анатаза TiO 2 с использованием материала шаблона и обнаружили, что полученные катализаторы демонстрируют высокую эффективность фотокаталитического разложения и селективность по отношению к различным целевым молекулам красителя и могут быть легко отделены от суспензионной системы после фотокаталитической реакции [87].Анодные нанотрубки TiO 2 , как сообщается, обеспечивают высокий контроль над разделением фотогенерированных носителей заряда в фотокаталитических реакциях. Массив нанотрубок имеет в качестве ключевого преимущества тот факт, что модификации нанотрубок могут быть встроены непосредственно в стенку трубки или в определенных местах вдоль стенки трубки. Это позволяет конструировать реакционные центры, повышающие фотокаталитическую эффективность и селективность [88].

\ n \ n \ n

2,5. TiO, модифицированный наноуглеродом

2

\ n

Дизайн и изготовление композитов на основе графена, содержащих оксиды металлов и наночастицы металлов, привлекли внимание с точки зрения фотокаталитических характеристик.Например, Tan et al. В работе [89] была получена новая гибридная гетероструктура TiO 2 (GO – OTiO 2 ), обогащенная оксидом графена и обогащенная кислородом, и оценена ее активность по фотовосстановлению CO 2 при облучении маломощным энергосберегающим дневным светом. луковицы. Было обнаружено, что фотостабильность O 2 –TiO 2 была значительно улучшена добавлением GO, при котором полученный гибридный композит сохранял высокую реакционную способность. Достигнутая фотоактивность составила около 1.В 6 и 14.0 раз больше, чем у чистого O 2 –TiO 2 и товарного Degussa P25 соответственно. Столь высокие фотокаталитические характеристики GO – OTiO 2 были приписаны синергетическому эффекту чувствительности O 2 –TiO 2 к видимому свету и улучшенному разделению и переносу фотогенерированных носителей заряда на тесной границе раздела GO. –OTiO 2 гетеропереходов. Сообщается, что это исследование открыло новые возможности в разработке новых фотокатализаторов на гетеропереходах нового поколения для приложений, связанных с энергетикой и окружающей средой.Lin et al. [90] также исследовали фотовосстановление CO 2 парами H 2 O в газовой фазе при облучении Xe-лампы с использованием TiO 2 / легированного азотом (N) восстановленного оксида графена (TiO 2 / NrGO) нанокомпозиты. Они обнаружили, что количество и конфигурация примеси N в нанокомпозитах TiO 2 / NrGO сильно влияют на фотокаталитическую эффективность, а самая высокая каталитическая активность наблюдалась для нанокомпозитов TiO 2 / NrGO с самым высоким содержанием легирования N.Более того, модифицированный TiO 2 / rGO продемонстрировал синергетический эффект, увеличивая адсорбцию CO 2 на поверхности катализатора и способствуя переносу фотогенерированных электронов, что привело к более высокой скорости фотовосстановления CO 2 TiO 2 / NrGO. Qu et al. В работе [91] были приготовлены нанокомпозиты графеновых квантовых точек (GQD) с высоким квантовым выходом (около 23,6% при длине волны возбуждения 320 нм) и нанотрубки GQD / TiO 2 (GQD / TiO 2 наночастиц) с фотокаталитической активностью. испытано на разложение метилового оранжевого.Было обнаружено, что ГКТ, нанесенные на наночастицы TiO 2 , могут увеличивать поглощение видимого света наночастицами TiO 2 и повышать активность в отношении фотокаталитической деградации метилового оранжевого под воздействием УФ-видимого света (= 380–780 нм). Кроме того, фотокаталитическая активность наночастиц GQD / TiO 2 была примерно в 2,7 раза выше, чем у чистых наночастиц TiO 2 . Тиан и др. [92] сообщили о приготовлении нанокомпозитов с ко-легированными N, S квантовыми точками графена (N, S-GQD), восстановленным оксидом графена (rGO) -TiO 2 (TiO 2 NT) для фотодеградации метилового оранжевого. при облучении видимым светом.Было обнаружено, что нанокомпозиты S-GQD + rGO + TiO 2 одновременно демонстрируют расширенный диапазон фотоотклика, улучшенные свойства разделения зарядов и транспортировку. Более того, кажущаяся константа скорости N, S-GQD + rGO + TiO 2 NT в 1,8 и 16,3 раза выше по сравнению с rGO + TiO 2 NT и чистым TiO 2 NT, соответственно. Предполагается, что GQD могут улучшить использование солнечного света для преобразования энергии и терапии окружающей среды.

\ n \ n \ n

2.6. Иммобилизованный TiO

2

\ n

Еще одним недостатком наночастиц TiO 2 , упомянутых выше, является образование однородной суспензии в воде, которая затрудняет ее извлечение, что затрудняет применение фотокаталитики в промышленных масштабах. В результате во многих исследованиях предпринимались попытки модификации наночастиц TiO 2 на материалах носителя, таких как глины [93, 94], кварц [95], нержавеющая сталь [96] и т. Д. Глины, как сообщается, являются важным материалом носителя. для наночастиц TiO 2 из-за их слоистой морфологии, химической и механической стабильности, катионообменной способности, нетоксичности, низкой стоимости и доступности.Таким образом, нанокомпозиты TiO 2 / глина привлекли большое внимание для применения в очистке воды и воздуха и были подготовлены многочисленными исследователями. Belver et al. [97] исследовали удаление атразина под действием солнечного света с использованием новых фотокатализаторов W-TiO 2 / глина. Было обнаружено, что фотокаталитическая активность катализатора W-TiO 2 / глина демонстрирует более высокие фотокаталитические характеристики, чем у нелегированного TiO 2 / глина, что объясняется присутствием ионов W в TiO 2 наноструктура.Замена ионов Ti на W привела к увеличению размера его кристалла и искажению его решетки и умеренно более узкой запрещенной зоне фотокатализаторов. Mishra et al. [98] сообщили о приготовлении нанокомпозитов TiO 2 / глина для фотокаталитического разложения ЛОС и красителя. Они обнаружили, что фотокаталитические характеристики нанокомпозитов TiO 2 / глина в значительной степени зависят от текстуры глины (поскольку глины 2: 1 демонстрируют наивысшую активность, чем 1: 1), помимо площади поверхности и пористости.Более того, реакции с участием фотокатализатора TiO 2 / Глина были быстрыми с константой скорости 0,02886 и 0,04600 мин -1 для красителя и ЛОС соответственно, чем для других нанокомпозитов.

\ n \ n

ВЛИЯНИЕ МОЩНОСТИ НАГРЕВА НА ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПУЛЬВЕРИЗОВАННОГО УГЛЯ (Технический отчет)


Сампатх, Раманатан. ВЛИЯНИЕ МОЩНОСТИ НАГРЕВА НА ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПУЛЬВЕРИРОВАННОГО УГЛЯ . США: Н.с., 2000.
Интернет. DOI: 10,2172 / 802869.


Сампатх, Раманатан. ВЛИЯНИЕ МОЩНОСТИ НАГРЕВА НА ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПУЛЬВЕРИРОВАННОГО УГЛЯ . Соединенные Штаты. https://doi.org/10.2172/802869


Сампатх, Раманатан. Сидел .
«ВЛИЯНИЕ МОЩНОСТИ НАГРЕВА НА ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РАСПЫЛИТЕЛЬНОГО УГЛЯ».Соединенные Штаты. https://doi.org/10.2172/802869. https://www.osti.gov/servlets/purl/802869.

@article {osti_802869,
title = {ВЛИЯНИЕ МОЩНОСТИ НАГРЕВА НА ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПУЛЬВЕРИЗОВАННОГО УГЛЯ},
author = {Сампат, Раманатан},
abstractNote = {В этом окончательном техническом отчете описывается работа, выполненная в рамках гранта DOE №DE-FG22-96PC96224 в период с 24 сентября 1996 г. по 23 сентября 1999 г., который охватывает весь период выполнения проекта. В течение этого периода модификация, выравнивание и калибровка измерительной системы, измерение шкал времени удаления летучих веществ для отдельных частиц угля, подвергшихся воздействию диапазона скоростей нагрева и температурных данных в этих временных масштабах, а также анализ данных температуры для понимания влияние скоростей нагрева на термические свойства угля. Новая термодинамическая модель была разработана для прогнозирования поведения теплопередачи для отдельных частиц угля с использованием одного подхода, основанного на аналогии для тепловых свойств полимеров.Результаты этой модели показывают, что частицы битуминозного угля ведут себя как полимеры при быстром нагреве порядка 10 {sup 4} -10 {sup 5} K / s. При таких скоростях нагрева на ранних стадиях нагрева колебательная часть теплоемкости молекул угля, по-видимому, все еще заморожена, но во время перехода от нагрева к улетучиванию теплоемкость, по-видимому, достигает внезапного скачка в своем значении. как и в случае с полимерами. В литературе по углю имеется несколько данных для экспериментов с низкой скоростью нагрева (10 {sup 2} -10 {sup 3} K / s), проведенных UTRC, нашим промышленным партнером, в этом проекте.Эти данные были получены для большей продолжительности нагрева порядка нескольких секунд в отличие от времени нагрева 10 миллисекунд в экспериментах с одной частицей, описанных выше. Модель аналогии с полимером была изменена, чтобы включить более длительное время нагрева порядка нескольких секунд для проверки этих данных. Однако модель не смогла предсказать эти данные о низкой скорости нагрева. Следует отметить, что работа UTRC показала достаточно хорошее согласие с прогнозами теплоемкости модели Меррика при этих низких скоростях нагрева, но при более высоких скоростях нагрева UTRC обнаружила, что термический отклик угля зависит от теплового потока.Сделан вывод, что при скоростях нагрева на уровне горения (10 {sup 4} -10 {sup 5} K / s) структурные изменения угля задерживаются, и сопутствующие увеличения теплоемкости и теплопроводности подталкиваются к более высоким температурам или требуют значительного времени выдержки для стать проявленным.},
doi = {10.2172 / 802869},
url = {https://www.osti.gov/biblio/802869},
journal = {},
number =,
объем =,
place = {United States},
год = {2000},
месяц = ​​{1}
}

Теплосодержание и удельная теплоемкость углей и сопутствующих продуктов (Технический отчет)


Гомес, М., Гейл, Джей Би, и Тейлор, младший, А. Р. Теплосодержание и удельная теплоемкость углей и сопутствующих продуктов . США: Н. П., 1965.
Интернет.


Гомес, М., Гейл, Дж. Б., и Тейлор, младший, А. Р. Теплосодержание и удельная теплоемкость углей и сопутствующих продуктов . Соединенные Штаты.


Гомес, М., Гейл, Джей Би, и Тейлор, младший, А. Р.Пт.
«Теплосодержание и удельная теплоемкость углей и сопутствующих продуктов». Соединенные Штаты.

@article {osti_7289902,
title = {Теплосодержание и удельная теплоемкость углей и сопутствующих продуктов},
author = {Гомес, М. и Гейл, Дж. Б. и Тейлор, мл., А. Р.},
abstractNote = {Теплосодержание термически высушенного бурого угля, суббитуминозного угля B и соответствующих им низкотемпературных обугливаний определялось при различных температурах ниже самой высокой температуры, которой эти материалы подвергались перед испытанием.Аналогичные исследования были проведены для высокотемпературного полукокса и кокса, отработанного сланца и золы, полученных как из угля, так и из отработанного сланца. Теплосодержание испытанных углеродистых материалов хорошо коррелировало с температурой. Результаты по теплосодержанию отработанного сланца хорошо сравниваются с опубликованными результатами. Статистический анализ экспериментальных данных вместе с опубликованной информацией показал, что влажность, летучие вещества, содержание углерода и температура являются основными переменными, влияющими на удельную теплоемкость угля. Удельная теплоемкость удаленных летучих углеродистых веществ, полукокса и кокса, приближалась к теплоемкости графита при повышении температуры карбонизации.удельная теплоемкость элементов угля, рассчитанная на основе окончательного анализа, и удельная теплоемкость угля по сравнению с опубликованными значениями удельной теплоемкости элементов. Работа выполнена в сотрудничестве с Университетом Алабамы.},
doi = {},
url = {https://www.osti.gov/biblio/7289902},
journal = {},
number =,
объем =,
place = {United States},
год = {1965},
месяц = ​​{1}
}

% PDF-1.4
%
1450 0 объект
>
эндобдж

xref
1450 75
0000000016 00000 н.
0000006050 00000 н.
0000006270 00000 н.
0000006324 00000 н.
0000006457 00000 н.
0000006787 00000 н.
0000007183 00000 н.
0000008369 00000 н.
0000008588 00000 н.
0000057794 00000 п.
0000058097 00000 п.
0000059735 00000 п.
0000061196 00000 п.
0000061451 00000 п.
0000061945 00000 п.
0000062020 00000 п.
0000062134 00000 п.
0000062216 00000 п.
0000062266 00000 п.
0000062414 00000 п.
0000062464 00000 п.
0000062628 00000 п.
0000062678 00000 п.
0000062867 00000 п.
0000062917 00000 п.
0000063013 00000 п.
0000063063 00000 п.
0000063231 00000 п.
0000063324 00000 п.
0000063409 00000 п.
0000063516 00000 п.
0000063565 00000 п.
0000063663 00000 п.
0000063712 00000 п.
0000063806 00000 п.
0000063855 00000 п.
0000063948 00000 п.
0000063996 00000 н.
0000064046 00000 п.
0000064156 00000 п.
0000064206 00000 п.
0000064306 00000 п.
0000064356 00000 п.
0000064458 00000 п.
0000064508 00000 п.
0000064600 00000 н.
0000064650 00000 п.
0000064761 00000 п.
0000064811 00000 п.
0000064918 00000 п.
0000064968 00000 н.
0000065083 00000 п.
0000065133 00000 п.
0000065224 00000 п.
0000065274 00000 п.
0000065379 00000 п.
0000065429 00000 п.
0000065531 00000 п.
0000065581 00000 п.
0000065672 00000 п.
0000065722 00000 п.
0000065833 00000 п.
0000065883 00000 п.
0000065976 00000 п.
0000066026 00000 п.
0000066129 00000 п.
0000066178 00000 п.
0000066227 00000 п.
0000066273 00000 п.
0000066351 00000 п.
0000066433 00000 п.
0000066481 00000 п.
0000066582 00000 п.
0000066630 00000 п.
0000001796 00000 н.
трейлер
] / Назад 11219240 >>
startxref
0
%% EOF

1524 0 объект
> поток
hYkTTG.(u & nhz ~ 7 тыс.
Fu | .TNI? 28, F ‘/ 10> hxX (; $% e4 ꋈ Fw% O% ~ KpӦ
\ YXOY’KYVMn +) $? R ݶ, {~. Ir
{\ O`R ‘{1vmn] vt4ƶ- «ho ~! + F # Ş`VMX5hoR ނ qpAS09z0gpY: 0Rl? 8

Термокинетическое поведение и изменение функциональных групп при самовозгорании сырого угля и его предварительно окисленной формы

Самовозгорание угля (CSC) является серьезной проблемой при добыче угля. Вблизи подземных выработок неизбежно происходят вторичные или повторяющиеся процессы окисления остаточного угля, что увеличивает риск угольных пожаров.В данном исследовании изучались термические реакции двух типов образцов необработанного угля и трех образцов предварительно окисленного угля с различными температурами окисления (80, 130 и 180 ° C). Физические и химические свойства образцов были измерены с использованием термогравиметрического анализатора-инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (TGA-FTIR) при скоростях нагрева 1,0, 2,0, 5,0 и 10,0 ° C мин. -1 . По характерным температурам в процессах нагрева всю процедуру ХОК можно разделить на три стадии: окисление, сгорание и выгорание.Результаты показали, что длины алифатических боковых цепей предварительно окисленного угля были короче, а количество разветвленных алифатических боковых цепей было меньше, чем у сырого угля. Кроме того, модель механизма предварительного окисления угля отличалась от модели необработанного угля. Средние значения кажущейся энергии активации образцов предварительно окисленного угля были ниже, чем у образцов сырого угля. Следовательно, по сравнению с необработанным углем предварительно окисленный уголь требует меньше энергии для реакции и легче подвергается самовозгоранию.

Эта статья в открытом доступе

Подождите, пока мы загрузим ваш контент…

Что-то пошло не так. Попробуй снова?

% PDF-1.6
%
1 0 obj
>>>
эндобдж
2 0 obj
> поток
2015-01-27T10: 13: 04 + 09: 002015-01-27T10: 13: 11 + 09: 002015-01-27T10: 13: 11 + 09: 00Adobe InDesign CS5.5_J (7.5) UUID: 53284e3a-78a4-4aa1-80cf-c17ed675c825xmp.did: EE5B8911FBFFE211A67F8ED527A06169xmp.did: 1FFB3DA16DDBE111937C86E5D12AFB06proof: PDF

  • createdxmp.iid: 1FFB3DA16DDBE111937C86E5D12AFB062012-08-01T17: 39: 10 + 09: 00Adobe InDesign 7.5
  • savedxmp.iid: 20FB3DA16DDBE111937C86E5D12AFB062012-08-01T18: 43: 05 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • savedxmp.iid: 21FB3DA16DDBE111937C86E5D12AFB062012-08-01T18: 43: 05 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 / метаданные
  • сохраненный xmp.iid: D98834749BC9E211BFA6A31C08B3

    013-05-31T15: 18: 07 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные

  • savedxmp.iid: 67DE35DD2FF3E211B39E9A3BFF40FBEA2013-07-23T09: 36: 07 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • savedxmp.iid: 9F47C29652F3E2119122A569E9C330B62013-07-23T13: 44: 41 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 / метаданные
  • savedxmp.iid: A047C29652F3E2119122A569E9C330B62013-07-23T13: 44: 41 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • сохраненный xmp.iid: B7FD120A5CF3E2118699BD09C9A1195B2013-07-23T14: 52: 20 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • savedxmp.iid: BCFD120A5CF3E2118699BD09C9A1195B2013-07-23T15: 20: 07 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • savedxmp.iid: AB85EBF162F3E2118699BD09C9A1195B2013-07-23T15: 41: 46 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • savedxmp.iid: 2A80C03E75F3E2118699BD09C9A1195B2013-07-23T17: 52: 46 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • сохраненный xmp.iid: C48F29F377F3E2118699BD09C9A1195B2013-07-23T18: 12: 08 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • savedxmp.iid: CE52FFA233F4E21190E2F60E813BB2182013-07-24T16: 35: 38 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • savedxmp.iid: 7963B05034F4E21190E2F60E813BB2182013-07-24T16: 40: 30 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • savedxmp.iid: 18FFE4A034F4E21190E2F60E813BB2182013-07-24T16: 42: 44 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • сохраненный xmp.iid: D02CA38036F4E21190E2F60E813BB2182013-07-24T16: 56: 09 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • savedxmp.iid: 5753CF2F37F4E21190E2F60E813BB2182013-07-24T17: 01: 03 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • savedxmp.iid: B60CF4153FF4E211805BFB6F8FCEBB7F2013-07-24T17: 57: 36 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • savedxmp.iid: 0B3ECBBCE8F4E21195CADE72789AD6462013-07-25T14: 12: 01 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • сохраненный xmp.iid: 1DDCD348E9F4E21195CADE72789AD6462013-07-25T14: 15: 56 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • savedxmp.iid: 1EDCD348E9F4E21195CADE72789AD6462013-07-25T14: 31: 41 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 / метаданные
  • savedxmp.iid: D0DF2C7CEBF4E21195CADE72789AD6462013-07-25T14: 31: 41 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • savedxmp.iid: 7CA49F24ECF4E21195CADE72789AD6462013-07-25T14: 36: 23 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • сохраненный xmp.iid: AFE6209E11F8E211B816E3BA9C0F21392013-07-29T14: 43: 48 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • savedxmp.iid: 4443576279F9E211A46D9EA2AD7A0CBE2013-07-31T10: 04: 21 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • savedxmp.iid: 4543576279F9E211A46D9EA2AD7A0CBE2013-07-31T10: 04: 42 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • savedxmp.iid: 4643576279F9E211A46D9EA2AD7A0CBE2013-07-31T10: 08: 52 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • сохраненный xmp.iid: 4743576279F9E211A46D9EA2AD7A0CBE2013-07-31T10: 14: 50 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • savedxmp.iid: 4843576279F9E211A46D9EA2AD7A0CBE2013-07-31T10: 17: 44 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • savedxmp.iid: 4C43576279F9E211A46D9EA2AD7A0CBE2013-07-31T11: 35: 14 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • savedxmp.iid: 9CBC2ADD89F9E211A46D9EA2AD7A0CBE2013-07-31T11: 35: 29 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • сохраненный xmp.iid: D87E73129AF9E211A46D9EA2AD7A0CBE2013-07-31T13: 31: 30 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • savedxmp.iid: F27996AF9CF9E211A46D9EA2AD7A0CBE2013-07-31T13: 51: 24 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • savedxmp.iid: 447BD5B9FAFFE211A67F8ED527A061692013-08-08T16: 18: 29 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • savedxmp.iid: 457BD5B9FAFFE211A67F8ED527A061692013-08-08T16: 20: 57 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 / метаданные
  • сохраненный xmp.iid: EE5B8911FBFFE211A67F8ED527A061692013-08-08T16: 20: 57 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • savedxmp.iid: EF5B8911FBFFE211A67F8ED527A061692013-08-08T16: 25: 58 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • savedxmp.iid: 540B769FBD42E31180AAD3DCDD8BB78B2013-11-01T15: 19: 54 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • savedxmp.iid: 71B0C2003506E4118ED3C28427299E742014-07-08T09: 15: 44 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • сохраненный xmp.iid: 0B71A9AB7506E411A885D9F653E81F812014-07-08T16: 59: 15 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • savedxmp.iid: 25C08B22F30BE411B9FFE7942A6D36782014-07-15T16: 39: 21 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • savedxmp.iid: 83723F41131DE411A667DB ABC722014-08-06T11: 42: 06 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • savedxmp.iid: 78A79C09221DE411A667DB ABC722014-08-06T13: 27: 55 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • сохраненный xmp.iid: 8F8E105F241DE411A667DB ABC722014-08-06T13: 44: 37 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • savedxmp.iid: AACED8F4491DE411A667DB ABC722014-08-06T18: 13: 40 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • savedxmp.iid: B9E7DEA0C160E411A792E5F878047C2C2014-10-31T14: 49: 07 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • savedxmp.iid: FEB2989D2A8BE411A00B84C58D01A10A2014-12-24T14: 06: 27 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • сохраненный xmp.iid: D998323E2D8BE411A00B84C58D01A10A2014-12-24T14: 25: 16 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • savedxmp.iid: 9535F1B6FB9AE411BD38AB8815526D112015-01-13T17: 11: 02 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • savedxmp.iid: 08F91A037A9CE4118086A65D1F4531E12015-01-15T14: 47: 38 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • savedxmp.iid: 0E8C66AA3A9DE411970B95294DB8CF022015-01-16T13: 46: 42 + 09: 00Adobe InDesign 7.5 /; / метаданные
  • xmp.iid: 457BD5B9FAFFE211A67F8ED527A06169xmp.did: D0DF2C7CEBF4E21195CADE72789AD646xmp.did: 1FFB3DA16DDBE111937C86E5D12AFB06Библиотека приложений по умолчанию 2818 / PDF.
    конечный поток
    эндобдж
    5 0 obj
    >
    эндобдж
    3 0 obj
    >
    эндобдж
    7 0 объект
    > / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / TrimBox [0.0 0.0 595.276 793.701] / Type / Page >>
    эндобдж
    8 0 объект
    > / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject >>> / TrimBox [0.0 0.0 595.276 793.701] / Type / Page >>
    эндобдж
    9 0 объект
    > / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject >>> / TrimBox [0.0 0,0 595,276 793,701] / Тип / Страница >>
    эндобдж
    10 0 obj
    > / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject >>> / TrimBox [0.0 0.0 595.276 793.701] / Type / Page >>
    эндобдж
    11 0 объект
    > / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / TrimBox [0.0 0.0 595.276 793.701] / Type / Page >>
    эндобдж
    12 0 объект
    > / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject >>> / TrimBox [0.0 0.0 595.276 793.701] / Type / Page >>
    эндобдж
    13 0 объект
    > / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / TrimBox [0.I; XZxWz_n ۟ w
    ϋAZP / R |? + h + Vq \ Ci
    cs; gz N ۋ Yo * ic [J ۖ t | («n \ h? AK7EQ / 9G`vHJ || 8:` gWXw ܗ

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *