摘要
棉花秸秆生物质燃烧动力学（CS），聚合物聚丙烯
（PP）和聚合物/生物质聚丙烯/棉杆共混物的共混物
通过热重分析在本研究中进行了检查。实验
在非等温条件下进行的298 - 873 K
温度区间。本研究升温速率在空气下实现
气氛被指定为5 K·−1分钟
。颗粒尺寸对燃烧的影响
棉秆的行为也进行了研究。最大值的减少
分解速率和最大分解温度的增加
随着粒径的增加。三种不同的模式
基于阿伦尼乌斯方法对差热分析
重量数据。混合生物质棉秆和polymerpolypropylene比的影响
进一步探讨了燃烧动力学。此外，
因素和动力学参数进行了讨论。得到的活化能
通过阿伦尼乌斯方法（n = 1）远低于
聚丙烯的所有共混物。作为研究的结果，作为重量百分比
聚丙烯在混合物中的上升，活化能的增加
观察值。计算了活化能的最小值
PP / CS 2 / 3的混合比率为35.8 kJ mol−·1
。
关键词
棉花秸秆。聚丙烯，燃烧，热重分析
1。介绍
生物质生产的能源加工目前正在考虑作为
减少二氧化碳排放和替代化石燃料的替代方法。棉
土耳其是世界上最重要的农作物之一，因为它是一个在世界上最重要的农作物之一，因为它是一
世界棉花主要生产国。棉花普遍用作
如何引用本文：Ç订阅，Y.D.
durusoy，T.（2017）混合燃烧特性
棉秆的动力学
聚丙烯共混物。美国杂志
分析化学，8，280-293。
https://doi.org/10.4236/ajac.2017.84021收稿日期：2016年12月17日
接受：2017年4月27日
发布时间：2017年4月30日
2017作者和版权©
科学研究出版公司
这项工作是根据创意许可
署名国际
许可证（CC 4）。
http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/开放存取
雁荡Ç订阅，T. Durusoy
二百八十一
纺织原料。此外棉籽是蔬菜的重要来源
油。
研究了不同条件下棉秆和秸秆热解
PüTüN [ 1 ]。在550˚C最终温度获得的最高产量39.51%。
PüTüN et al.。【2】研究了棉秆热解的主要测定方法
液体和固体产品的特性和数量。六无机化合物
已被君等人调查。【3】关于它们的催化
热分析实验对三种生物质热解的影响。
在流化床煤与非可回收的纸和塑料垃圾燃烧
床是由鲍威达等人的研究。[ 4 ]。结果表明
认为废料的感觉起到了重要作用，实现条件
稳定燃烧。过量的空气和温度被认为是重要的
参数.卤素排放被发现是非常低的。
收集棉秆的可能性及其在能源生产中的应用
是由Gemtos和tsiricoglou [ 5 ]研究。事实证明
利用传统机械收获棉花秸秆的可行性
收集能源材料的可能性，总能量含量为500000吨
国家级石油当量。氧化的广义热解模型
木材的热解是由Lautenberger和Fernandez Pello [ 6 ]研究。它
被发现的比热容为湿木材，干木材和木炭瀑布
通用木材的文学价值和特定数据之间的白松。
热重分析（TGA）是最常用的技术之一
研究固体分解的主要反应。氧化
含碳固体燃料取决于氧的浓度。[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]。
生物质样品的热分解动力学研究
若干研究人员[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]。
在目前，塑料构成约10%的总废物流
按质量。其中一种方法，以克服这种类型的废物，是不是
生物降解是热分解。这个过程的收益率
可用于各种用途不仅是能源，但也气态和
液体产品[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]。
最近有越来越多的兴趣在聚合物燃烧与
煤，油页岩，生物质和泥炭等材料[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]。结合
燃烧实现与聚合物和生物质的混合可以提高
加工效率。这种方法可以进一步确保替代的解决方案
处理废物问题。
木质素对全同立构热降解的影响2。实验部分
2.1。棉秆性能
棉秆进行这项研究是从ŞANLı乌尔法位于
东南部安纳托利亚。棉秆灰分含量及元素分析
如表1所示。原来的棉花秸秆干燥106˚C是在一个球上
磨过筛到四不同粒径范围：（+ 88-100），（+ 210-250），
（+ 250-420），（+ 420-500）µM.之后，碳、氢、硫和氮的
内容被确定的lecochns-932仪器的帮助。以下
这个阶段，氧的量从差额中指定。这个
所得数据见表1。实验前、中、后，
样品被储存在密封容器内室温。
2.2。聚丙烯性能
采用聚丙烯与棉秆混合燃烧。这个
用差示量热法测定了（444 K）聚丙烯的熔点
仪器（“埃尔默珀金钻石DSC”）。由此产生的热
如图1所示。
表1。棉花的极限分析2.3。实验方法
实验采用Setaram TG dta92热天平在这做
样品质量损失（热重（TG）信号）和质量损失率
（DTG）信号作为时间或温度的函数的连续记录
动态条件下。的燃烧反应下进行
空气气氛。为了保持传质效果最小，空气
流速为42 mL·min - 1。提供的其他条件
实验结果如下：燃烧温度区间固定在
298 - 873 K和加热速率为5 K·–1分钟
。混合比
聚丙烯（+ 88-100）µm粒度棉秆0 / 1，2 / 3，1 / 2，3 / 2，
1 / 0进行重量比。
开始样品重量约为20毫克，在实验过程中。
最大热解速率变化（dtGM）和温度
最大热解速率（TM）被发现从数据。总的转换
（TC）值计算的基础上的重量的无水分样品
燃烧实验的重复性进行了两次。结果
表2给出了至少两个实验运行的平均值。
三.结果与讨论
3.1。棉秆燃烧
为了确定棉秆的燃烧动力学，采用热重
分析采用。颗粒大小的影响是通过TG和DTG数据显示
从实验中获得的（+ 88 - 100），（+ 210 - 250），（+ 250）
420），（420 - 500）µ颗粒大小的图2和图3分别为。那里
所有颗粒尺寸应考虑三个温度范围。低于520 K，
棉秆失去水分和结晶结构成分H2O
分解。Hemicellulose含有各种糖类。它富有
不难从主茎上取出的枝条以及
在低温下降解为挥发性物质的发展[ 24 ]。Hemicellolose，在另一方面，它开始分解容易，通过经验丰富的重量
lossparticularly之间实现温度：520 - 620 K区间
称为“一次燃烧区”。与半纤维素相反
纤维素的热稳定性值要高得多[ 24 ]。深入，纤维素
降解发生在较高的温度范围内，在
620 - 760 K（“二次燃烧区”）。应该强调的是
当温度高于760 K时，几乎所有的纤维素
留下少量固体残渣后降解。降解
木质素，另一方面，发生在373 - 873 K，这意味着一个多
较宽的温度范围与其他材料相比
举例来说，相对质量损失和相应的燃烧速率曲线
的（+ 88-100）m棉花秸秆颗粒图4展示。
此外，图5和图6表示分解的最大速率
（dtGM）和最大分解温度（TM）所有粒子
主要燃烧区域的大小范围，分别。减少
的最大分解速率和增加的温度
得到的最大分解与颗粒尺寸增加。考虑到
样品的初始重量和最终重量之间的差异
燃烧，总转化率（TC）的值相对于
不含水分的固体给系统的重量。这些值也
如图7所示，在四粒径范围内。据观察，总转化率
值随棉花梗粒径呈峰值。的原因
对于这个峰值，是传质的小退化的限制
棉花秸秆颗粒是不是有效的，因为它们是较大的颗粒。3.2。聚丙烯的燃烧
TG和DTG曲线的polypropylenecombustion过程中
图8。如图所示，同样的棉秆，聚丙烯
在双级过程（520 - 660 K和660 - K）降低。在dtGM
峰值，TM值，和总转化率，TC，聚丙烯燃烧值
对于一次和二次燃烧部分表
2。
3.3。燃烧物
混合（88 - 100）µm粒度棉秆与聚丙烯
在相同燃烧条件下分析。2 / 3，1 / 2，和3 / 2混合
聚丙烯与棉秆的比用重量比。这个
TG曲线的共混物可以遵循图9。曲线的
以及混合物的组成进行了比较研究的催化效果
聚丙烯对棉秆降解过程的影响，。在dtGM峰，Tm
所有共混物的TC值也如表2所示。
因为它可以遵循图9，由此得到的数据从
研究了聚丙烯棉杆共混物的双级降解
棉杆与聚丙烯工艺。混合时，降解
聚合物和棉秆补偿。补偿效应出现在哪里
热降解是复杂的，发生在两个平行的竞争反应，
补偿效应浮现[ 25 ] [ 26 ]。对于混合物的情况下，自由基被认为是形成聚合物的分解阶段，其单体。
这些基团进一步与棉秆的有机质反应。这些
结果介导的加速退化。最终，数量
的有机含量，它可以与混合物中的聚合物反应，降低，因为
棉秆的腐烂量。在这个过程中，样品
质量保持约低于520 K以上的520 K，质量常数
开始急剧下降，这一趋势持续520 - 620 K区间
对于棉秆的所有混纺比。如表2所示，增加
随着在聚丙烯共混物的百分比dtGM值
检查时，共混物的聚丙烯与棉秆的任何比例
反应.聚丙烯dtGM值高于棉花秸秆。
对于所有的混合比的情况下，增加的值的最大峰值
与聚丙烯添加的温度被确定为一次燃烧
区域。据测定，共混物具有较低的Tm值相比
聚丙烯（表2）。在共混物中存在的木质素能够产生
高的焦炭产率，是负责在共混物的降解温度的增加。
在空气中进行的实验的增加更为明显
气氛，其中，聚丙烯和炭化之间的相互作用
木质素导致形成保护表面屏蔽以减少氧气
向散装聚合物扩散[ 22 ]。因此根据实验
条件下，反应速率被认为是由气体扩散控制。也是一个
增加的质量值的聚丙烯的TC值的增加
混合物进行了检查。最大总转换值与
燃烧3 / 2聚丙烯/棉秆混合比例为97%。
4。动力学分析
取决于存在的众多组件，以及它们的平行
和连续反应，非等温动力学研究质量损失下
棉秆的燃烧过程相当复杂。范围内
研究，三种不同的模型都基于“阿伦尼乌斯动力学理论”；
“阿伦尼乌斯”、“阿伦尼乌斯（n = 1）”和“大衣和雷德芬”，用于动力学
TG实验产生的数据分析。燃烧的棉花
茎和共混物导致两个主要的反应区域，即初级和
二次燃烧。由于高亮区域完全不同
采用“阿伦尼乌斯动力学模型”对一次燃烧
活化能计算区域。的应用
阿伦尼乌斯动力学，在第一，温度值测定从
开始的峰值点的最大质量损失的结束点。这个决心
每个实验和第一挥发区
DTG曲线。在实验之后，用计算机程序
评估模型和动力学参数确定。
4.1。阿伦尼乌斯模型
的“阿伦尼乌斯模型”的表达是简单的帮助下
雁荡Ç订阅，T. Durusoy
二百八十八
方程（1）：
零
D
E
D
电中性
T
−−=（1）
在这里;
棉花茎的质量在任何时间在毫克，
K0：MG频率因子（1–N）·–1分钟
，
E：KJ·摩尔–1表观活化能
，
钾中的绝对温度，
气体常数，
燃烧过程的总顺序
分钟的时间。
方程的对数表示（1）如下：
零
在我看来
D
美国西北部
T RT
−=−+（2）
为了测定棉秆、聚丙烯的燃烧动力学
和聚丙烯/棉杆共混物，方程（2）被施加到平均
测得的TG和DTG数据。动力学常数测定由多个
回归分析。这些在表3中给出。
4.2。阿伦尼乌斯模型（n = 1）
关于这个模型，它可以很容易地假设，当反应顺序
被假定为一个（n = 1），总样本的重量损失率取决于
只有在速率常数，剩余样品的重量和温度
（方程式（3））。对于所有共混物。观察到的活化能值的增加
共混物中聚丙烯的重量百分比增加。最小
活化能为35.8 kJ mol，·−1
，用聚丙烯/棉秆计算
2 / 3混合比。假设反应的表观活化能计算
以“1”在阿伦尼乌斯模型的值是小于
无反应级数假设计算。
通过阿伦尼乌斯法获得最高活化能的棉花
茎为81.2 kJ mol−·1
。除了活化能外，频率因子也
重要的决定燃烧行为。相同数量级
频率因子值，得到了所有粒子大小与阿伦尼乌斯
模型.得到的混合物的频率因子均低于
聚丙烯，但高于棉秆为两个阿伦尼乌斯模型。
作为动力学效应的结果，在分解过程中形成的自由基
聚丙烯与混合料中棉秆的有机物反应
加速其降解。增加的频率因子中观察到
共混物中聚丙烯的重量百分比增加。
通过动力学分析，观察到较高的活化能
由外套和聚丙烯，共混物的Redfern方法得到的
（表3）。此外，在大衣和雷德芬方法更高的激活
能量值，得到了所有的共混物相对于棉秆和
丙烯。计算各反应的测定系数
最高的测定系数被认为是2（反应顺序）为所有
共混物。得到的反应顺序几乎相同的棉秆，
聚丙烯共混物和所有通过阿伦尼乌斯和Coats积分方法。
从每三个模型中所做的计算，可以看出
混合料中棉秆比的增加导致了棉杆比
活化能。
在大多数以前的研究中，反应的顺序被假定，然后
雁荡Ç订阅，T. Durusoy
二百九十一
随后发现活化能和频率因子。然而，在
本研究的反应顺序是由拟议的动力学
模型。由于生物质和聚合物的差异，很难比较
本研究的结果直接与其他人。最小的激活
从建议的反应动力学得到的能量值似乎是
最低的一个相比，那些从文献中获得（表4）。
然而，应当指出的是，研究没有进行下
相同的条件下。
5。结论
粒径对棉秆燃烧行为及燃烧的影响
聚丙烯和聚丙烯/棉杆共混物的性能
用热重分析仪分析空气气氛下。一
在棉花的总转化率中观察到最大值
茎粒大小。聚丙烯/棉一级分解秸秆的共混物
棉秆和聚丙烯的工艺观察。增加
聚丙烯的最大分解速率值
在共混物中观察到。它的结论是聚丙烯加速
棉秆中有机物的燃烧反应。最大总
转换值观察与燃烧3 / 2聚丙烯/棉
秸秆混合比例为97%。
在目前的研究中，阿伦尼乌斯，阿伦尼乌斯（n = 1）和Coats和Redfern
方法，所有的阿伦尼乌斯动力学理论的基础上，被用于动力学分析
TG实验所得数据。人们看到棉花的数量增加了
在共混物中的秸秆比导致活化能减少。最小
活化能为35.8 kJ mol，·−1
，用聚丙烯/棉计算
秸秆2 / 3的混合比例，通过阿伦尼乌斯法假设的反应
订单“1”。计算出的频率因子的混合物均低于
聚丙烯，但高于棉秆为两个阿伦尼乌斯模型。
得到的反应顺序几乎相同的所有共混物，棉秆
通过阿伦尼乌斯和Coats与聚丙烯和Redfern方法。
