典型爆炸性危险化学品热分解特性及过渡态金属化合物对其影响研究

论文摘要

随着科技的进步和现代化工业水平的提高,人类为了满足各种需求,不断发现和生产出愈来愈多的新化学物质。这些物品中85%以上都属于危险化学品,一旦发生事故会给人民生命和财产造成严重威胁,甚至引发重大公共安全事故。危险化学品中危险性最高的一类物质即是爆炸性危险化学品,这类物质不仅在外界能量作用下能够发生火灾、爆炸等事故,而且在自然储存条件下也可能因为散热不当,热量积累引发自加速分解反应,最终导致爆炸。因此为了确保爆炸性危险化学品生产、储存和运输等过程中的热安全性,必须对这类物质的热分解特性进行充分细致的研究。本文选取了2种典型爆炸性危险化学品——双基发射药和混合硝酸酯发射药作为研究对象,使用了C80微量量热仪、热重-红外光谱联用仪（TG-FTIR）、气相色谱-质谱联用仪（GC/MS）等设备,从以下三个方面对它们的热分解特性展开研究,分别为:①双基发射药和混合硝酸酯发射药自身热分解特性;②外界因素对其热分解特性的影响;③过渡态金属化合物对混合硝酸酯发射药热分解特性的影响。在两种发射药自身热分解特性研究方面,通过等速升温实验观察了两种发射药的热分解行为,使用定温热分析动力学方法确定了两种发射药的缓慢热分解反应机理函数,同时还运用单一扫描速率非定温热分析方法计算了两种发射药的热分解动力学和热力学参数。文中还使用TG-FTIR和GC/MS研究了两种发射药热分解过程中气态产物的变化规律。最后,根据各种研究结论详尽地阐述了两种发射药的热分解过程,进一步揭示了均质发射药热分解的反应机理。在两种发射药受外界因素的影响研究方面,研究了实验药量、升温速率、水分含量、气氛、开闭环境等五种环境因素对两种发射药热分解特性的影响规律;计算了在各种环境因素影响下两种发射药的热分解反应动力学和热力学参数;对比观察了同一因素对两种发射药影响不同的现象,并对该现象给出了合理的解释。在过渡态金属化合物对混合硝酸酯发射药热分解特性的影响研究方面,研究了三氧化二铁（Fe2O3）等6种过渡态金属氧化物和铁酸镍（NiFe2O4）等5种过渡态金属有机酸盐对混合硝酸酯发射药热分解特性的影响规律,同时还研究了实验药量、环境压力等环境因素对含有Fe2O3、NiFe2O4的混合硝酸酯发射药热分解特性的影响规律。除上述研究工作外,本文还针对现有热分析方法方法的缺点,提出了一种基于C80微量量热仪实验的自催化反应动力学分析方法,该方法可以求解爆炸性危险化学品一级自催化反应两阶段的反应动力学参数,具有易于理解,求解过程简便,所需数量少等优点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 图例表格目录
• 第一章 绪论
• 1.1 爆炸性危险化学品概述
• 1.1.1 爆炸性危险化学品的组成及分类
• 1.1.2 爆炸性危险化学品的特点及主要危险性
• 1.2 爆炸性危险化学品热安全性问题
• 1.2.1 事故案例
• 1.2.2 改善爆炸性危险化学品热安全性的根本途径
• 1.3 爆炸性危险化学品热分解研究进展
• 1.3.1 新材料或原有材料改性后的热分解特性研究
• 1.3.2 各类添加剂对材料热分解特性的影响研究
• 1.3.3 外界因素对材料热分解特性的影响研究
• 1.4 本文研究内容
• 第二章 实验仪器和原理方法
• 2.1 C80微量量热仪
• 2.1.1 C80微量量热仪简介
• 2.1.2 C80微量量热仪工作原理
• 2.1.3 C80微量量热仪使用方法
• 2.2 气相色谱/质谱联用仪（GC/MS）
• 2.2.1 GC/MS简介
• 2.2.2 GC/MS工作原理及组成结构
• 2.2.3 GC/MS实验条件设置
• 2.3 热重—红外光谱联用技术（TG-FTIR）
• 2.3.1 TG-FTIR简介
• 2.3.2 TG-FTIR工作原理及结构组成
• 2.3.3 TG-FTIR实验条件设置
• 2.4 本章小结
• 第三章 爆炸性危险化学品热分解动力学分析方法
• 3.1 爆炸性危险化学品热分解反应动力学方程
• 3.2 爆炸性危险化学品热分解反应动力学简略热分析方法
• 3.2.1 定温反应动力学热分析方法
• 3.2.2 非定温反应动力学热分析方法
• 3.3 爆炸性危险化学品热分解反应动力学完整热分析方法
• 3.3.1 原有自催化反应动力学热分析方法
• 3.3.2 基于C80微量量热仪实验的自催化反应动力学分析新方法
• 3.4 本章小结
• 第四章 双基发射药和混合硝酸酯发射药热分解特性研究
• 4.1 两种发射约基本特性
• 4.1.1 两种发射药的组成
• 4.1.2 组成成分的物理化学性质
• 4.1.3 两种发射药的分子量及氧平衡度
• 4.2 两种发射药的热解过程及反应动力学参数
• 4.2.1 双基发射药热分解过程及反应动力学参数
• 4.2.2 混合硝酸酯发射药热分解过程及反应动力学参数
• 4.3 热分解产物分析
• 4.3.1 双基发射药小分子量气态产物的分析
• 4.3.2 双基发射药大分子量气态产物的分析
• 4.3.3 混合硝酸酯发射药小分子量气态产物的分析
• 4.3.4 混合硝酸酯发射药大分子量气态产物的分析
• 4.4 两种发射药的热分解机理
• 4.5 本章小结
• 第五章 各种因素对典型爆炸性危险化学品热分解特性影响研究
• 5.1 实验药量对两种发射药热分解特性的影响
• 5.1.1 实验药量对双基发射药热分解过程和反应动力学参数的影响
• 5.1.2 初始样品量对混合硝酸酯发射药热分解过程和反应动力学参数的影响
• 5.1.3 两种发射药热分解特性受实验药量影响的比较及原因分析
• 5.2 水份含量对两种发射药热分解特性的影响
• 5.2.1 水份含量对双基发射药热分解过程和反应动力学参数的影响
• 5.2.2 水份含量对混合硝酸酯发射药热分解过程和反应动力学参数影响
• 5.2.3 两种发射药热分解特性受水分含量影响的比较及原因分析
• 5.3 升温速率对两种发射药热分解特性的影响
• 5.3.1 升温速率对双基发射药热分解过程和反应动力学参数的影响
• 5.3.2 升温速率对混合硝酸酯发射药热分解过程和反应动力学参数影响
• 5.3.3 两种发射药热分解特性受升温速率影响的比较和原因分析
• 5.5 其他条件对两种发射药热分解特性的影响
• 5.5.1 气氛对两种发射药热分解特性的影响
• 5.5.2 开闭体系对两种发射药热分解特性的影响
• 5.6 本章小结
• 第六章 过渡态金属化合物对典型爆炸性危险化学品热分解特性影响研究
• 6.1 过渡态金属氧化物对实用混合硝酸酯发射药热分解特性的影响
• 6.1.1 实验用过渡态金属氧化物选取和样品制备
• 6.1.2 典型过渡态金属氧化物对实用混合硝酸酯发射药热分解特性影响实验结果与分析
• 6.2 过渡态金属有机酸盐对实用混合硝酸酯发射药热分解特性影响
• 6.2.1 实验用过渡态金属有机酸盐概述
• 6.2.2 典型过渡态金属有机酸盐对实用混合硝酸酯发射药热分解特性影响实验结果与分析
• 6.3 实验药量与环境压力对含有过渡态金属化合物的发射药热分解特性的影响
• 6.3.1 实验药量影响
• 6.3.2 环境压力影响
• 6.4 本章小节
• 第七章 总结及展望
• 7.1 本研究的主要结论
• 7.2 论文创新点
• 7.3 不足及工作展望
• 致谢
• 附录Ⅰ 在学科研和学术论文