物理化学学报 >> 2020, Vol. 36 >> Issue (6): 1905048.doi: 10.3866/PKU.WHXB201905048
所属专题: 热分析动力学和热动力学
张婷1,2,李翠翠1,王伟2,郭兆琦1,庞爱民2,*(),马海霞1,*(
)
收稿日期:
2019-05-13
录用日期:
2019-06-11
发布日期:
2019-12-18
通讯作者:
庞爱民,马海霞
E-mail:ppam@tom.com;mahx@nwu.edu.cn
基金资助:
Ting Zhang1,2,Cuicui Li1,Wei Wang2,Zhaoqi Guo1,Aimin Pang2,*(),Haixia Ma1,*(
)
Received:
2019-05-13
Accepted:
2019-06-11
Published:
2019-12-18
Contact:
Aimin Pang,Haixia Ma
E-mail:ppam@tom.com;mahx@nwu.edu.cn
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摘要:
首先采用水热法合成了两种不同形貌的氧化铁(棒状rFe2O3和颗粒状pFe2O3),然后采用界面自组装法制备了两种具备高比表面积和三维网状结构的氧化铁与石墨烯的复合物(rFe2O3/G和pFe2O3/G)。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)对样品的相态、组成及结构性质进行确证。根据热重-红外联用分析(TGA-IR)和差式扫描量热法(DSC)测试对所制备的催化剂对CL-20的催化热分解活性进行评估。通过逻辑选择法对Cl-20、Fe2O3/Cl-20和Fe2O3/G/CL-20的非等温热分解动力学进行系统研究发现,其均遵循相同的机理函数模型。对比分析表明,棒状氧化铁/石墨烯复合物(rFe2O3/G)对CL-20的热分解表现出最佳的催化活性。以rFe2O3及rFe2O3/G为样本,研究其对CL-20撞击感度的影响。测试结果表明,rFe2O3/G比rFe2O3更能有效降低Cl-20的撞击感度。综合分析可知,rFe2O3与石墨烯的结合不仅能够促进Cl-20的热分解,且能同时提高Cl-20的安全性能。
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Table 1
The calculated thermal decomposition kinetics parameters of CL-20, rFe2O3/G/CL-20 and rFe2O3/CL-20."
Method | β | CL-20 | rFe2O3/G/CL-20 | rFe2O3/CL-20 | |||||||||||
E | lgA | r | Q | E | lgA | r | Q | E | lgA | r | Q | ||||
general | 5 | 179.10 | 16.00 | 0.9901 | 4.07 × 10?2 | 155.48 | 13.82 | 0.9968 | 3.60 × 10?3 | 170.19 | 15.29 | 0.9997 | 1.43 × 10?4 | ||
integral | 7.5 | 182.43 | 16.36 | 0.9934 | 2.75 × 10?2 | 149.29 | 13.18 | 0.9972 | 3.14 × 10?3 | 156.15 | 13.80 | 0.9999 | 2.83 × 10?5 | ||
10 | 163.62 | 14.40 | 0.9918 | 3.37 × 10?2 | 159.31 | 14.21 | 0.9997 | 3.41 × 10?4 | 152.50 | 13.42 | 0.9999 | 4.27 × 10?5 | |||
12.5 | 184.18 | 16.51 | 0.9929 | 2.93 × 10?2 | 165.90 | 14.84 | 0.9999 | 3.41 × 10?4 | 174.02 | 15.67 | 0.9999 | 2.33 × 10?5 | |||
universal | 5 | 178.45 | 14.61 | 0.9901 | 4.06 × 10?2 | 154.75 | 12.49 | 0.9968 | 3.61 × 10?3 | 169.46 | 13.92 | 0.9997 | 1.45 × 10?4 | ||
integral | 7.5 | 181.85 | 14.98 | 0.9933 | 2.74 × 10?2 | 148.66 | 11.88 | 0.9971 | 3.15 × 10?3 | 155.52 | 12.48 | 0.9999 | 2.77 × 10?5 | ||
10 | 163.11 | 13.07 | 0.9917 | 3.36 × 10?2 | 158.76 | 12.89 | 0.9997 | 3.44 × 10?4 | 151.95 | 12.12 | 0.9999 | 4.15 × 10?5 | |||
12.5 | 183.73 | 15.14 | 0.9929 | 2.93 × 10?2 | 165.44 | 13.51 | 0.9999 | 3.42 × 10?5 | 173.51 | 14.31 | 0.9999 | 2.40 × 10?5 | |||
MacCallum- | 5 | 180.26 | 16.07 | 0.9910 | 7.67 × 10?3 | 156.40 | 13.86 | 0.9971 | 6.81 × 10?4 | 171.21 | 15.35 | 0.9998 | 4.84 × 10?5 | ||
Tanner | 7.5 | 183.68 | 16.45 | 0.9940 | 5.17 × 10?3 | 150.25 | 13.23 | 0.9975 | 5.93 × 10?4 | 157.17 | 13.86 | 0.9999 | 5.24 × 10?6 | ||
10 | 164.80 | 14.48 | 0.9926 | 6.34 × 10?3 | 160.42 | 14.27 | 0.9997 | 6.49 × 10?5 | 153.56 | 13.48 | 0.9999 | 7.86 × 10?6 | |||
12.5 | 185.56 | 16.62 | 0.9935 | 5.52 × 10?3 | 167.14 | 14.92 | 0.9999 | 6.45 × 10?6 | 175.27 | 15.75 | 0.9999 | 4.52 × 10?6 | |||
?atava-?esták | 5 | 178.38 | 15.91 | 0.9910 | 7.67 × 10?3 | 155.85 | 13.84 | 0.9971 | 6.81 × 10?4 | 169.84 | 15.23 | 0.9998 | 2.72 × 10?5 | ||
7.5 | 181.61 | 16.26 | 0.9940 | 5.17 × 10?3 | 150.05 | 13.24 | 0.9975 | 5.93 × 10?4 | 156.57 | 13.83 | 0.9999 | 5.24 × 10?6 | |||
10 | 163.78 | 14.40 | 0.9926 | 6.34 × 10?3 | 159.64 | 14.23 | 0.9997 | 6.49 × 10?5 | 153.16 | 13.48 | 0.9999 | 7.86 × 10?6 | |||
12.5 | 183.38 | 16.42 | 0.9935 | 5.52 × 10?3 | 165.99 | 14.83 | 0.9999 | 6.45 × 10?6 | 173.66 | 15.62 | 0.9999 | 4.52 × 10?6 | |||
Agrawal | 5 | 179.10 | 16.00 | 0.9901 | 4.07 × 10?2 | 155.48 | 13.82 | 0.9968 | 3.60 × 10?3 | 170.19 | 15.29 | 0.9997 | 1.43 × 10?4 | ||
7.5 | 182.43 | 16.36 | 0.9934 | 2.75 × 10?2 | 149.29 | 13.18 | 0.9972 | 3.14 × 10?3 | 156.15 | 13.80 | 0.9999 | 2.83 × 10?5 | |||
10 | 163.62 | 14.40 | 0.9918 | 3.37 × 10?2 | 159.31 | 14.21 | 0.9997 | 3.41 × 10?4 | 152.50 | 13.42 | 0.9999 | 4.27 × 10?5 | |||
12.5 | 184.18 | 16.51 | 0.9929 | 2.93 × 10?2 | 165.90 | 14.83 | 0.9999 | 3.41 × 10?5 | 174.02 | 15.67 | 0.9999 | 2.33 × 10?5 | |||
Mean | 177.36 | 15.55 | 157.67 | 13.76 | 163.33 | 14.29 | |||||||||
Ozawa | EpO | 182.65 | – | 153.64 | – | 165.67 | – | ||||||||
EeO | 185.89 | – | 169.97 | – | 170.67 | – | |||||||||
Kissinger | EpK | 183.38 | 16.37 | 153.01 | 13.50 | 165.64 | 14.76 |
Table 2
The calculated thermal decomposition kinetics parameters of pFe2O3/G/CL-20 and pFe2O3/CL-20."
Methods | β | pFe2O3/G/CL-20 | pFe2O3/CL-20 | |||||||
E | lgA | r | Q | E | lgA | r | Q | |||
General integral | 5 | 163.65 | 14.63 | 0.9989 | 2.89 × 10?3 | 167.75 | 15.01 | 0.9991 | 1.87 × 10?3 | |
7.5 | 164.50 | 14.73 | 0.9985 | 4.05 × 10?3 | 166.83 | 14.91 | 0.9999 | 1.82 × 10?4 | ||
10 | 148.26 | 13.05 | 0.9974 | 7.03 × 10?3 | 156.75 | 13.87 | 0.9985 | 3.14 × 10?3 | ||
12.5 | 165.64 | 14.80 | 0.9996 | 5.13 × 10?4 | 165.74 | 14.80 | 0.9997 | 6.34 × 10?4 | ||
Universal integral | 5 | 162.88 | 13.28 | 0.9989 | 2.91 × 10?3 | 167.03 | 13.65 | 0.9991 | 1.88 × 10?3 | |
7.5 | 163.83 | 13.38 | 0.9985 | 4.07 × 10?3 | 166.22 | 13.57 | 0.9999 | 1.86 × 10?4 | ||
10 | 147.64 | 11.75 | 0.9973 | 7.08 × 10?3 | 156.19 | 12.55 | 0.9985 | 3.16 × 10?3 | ||
12.5 | 165.12 | 13.46 | 0.9997 | 9.27 × 10?4 | 165.25 | 13.46 | 0.9997 | 6.42 × 10?4 | ||
MacCallum- | 5 | 164.60 | 14.68 | 0.999 | 5.49 × 10?4 | 168.77 | 15.07 | 0.9992 | 3.55 × 10?4 | |
Tanner | 7.5 | 165.54 | 14.79 | 0.9986 | 7.68 × 10?4 | 167.93 | 14.98 | 0.9999 | 3.50 × 10?5 | |
10 | 149.23 | 13.09 | 0.9976 | 1.33 × 10?3 | 157.83 | 13.93 | 0.9986 | 5.95 × 10?4 | ||
12.5 | 166.82 | 14.87 | 0.9997 | 1.75 × 10?4 | 166.94 | 14.87 | 0.9997 | 1.21 × 10?4 | ||
?atava-?esták | 5 | 163.59 | 14.61 | 0.999 | 5.49 × 10?4 | 167.53 | 14.97 | 0.9992 | 3.55 × 10?4 | |
7.5 | 164.48 | 14.71 | 0.9986 | 7.68 × 10?4 | 166.74 | 14.89 | 0.9999 | 3.50 × 10?5 | ||
10 | 149.07 | 13.12 | 0.9976 | 1.33 × 10?3 | 157.20 | 13.90 | 0.9986 | 5.95 × 10?4 | ||
12.5 | 165.69 | 14.78 | 0.9997 | 1.78 × 10?4 | 165.80 | 14.79 | 0.9997 | 6.80 × 10?5 | ||
Agrawal | 5 | 163.65 | 14.63 | 0.9989 | 2.89 × 10?3 | 167.75 | 15.01 | 0.9991 | 1.87 × 10?3 | |
7.5 | 164.5 | 14.72 | 0.9985 | 4.05 × 10?3 | 166.83 | 14.91 | 0.9999 | 1.82 × 10?4 | ||
10 | 148.26 | 13.05 | 0.9974 | 7.03 × 10?3 | 156.75 | 13.87 | 0.9985 | 3.14 × 10?3 | ||
12.5 | 165.64 | 14.79 | 0.9996 | 5.13 × 10?4 | 165.74 | 14.79 | 0.9997 | 6.34 × 10?4 | ||
Mean | 160.63 | 14.05 | 164.38 | 14.39 | ||||||
Ozawa | EpO | 160.23 | – | 172.32 | – | |||||
EeO | 166.99 | – | 170.13 | – | ||||||
Kissinger | EpK | 159.92 | 14.20 | 172.63 | 15.47 |
Table 3
Thermal safety parameters of three prepared samples."
Samples | Te0/K | Tbe0/K | Tp0/K | Tbp0/K | ΔS≠/(J·K?1·mol?1) | ΔH≠/(kJ·mol?1) | ΔG≠/(kJ·mol?1) |
CL-20 | 495.36 | 506.85 | 507.40 | 519.69 | 63.97 | 179.17 | 146.71 |
rFe2O3/CL-20 | 493.56 | 506.03 | 496.91 | 509.96 | 33.48 | 161.51 | 144.87 |
rFe2O3/G/CL-20 | 489.06 | 502.74 | 498.47 | 512.76 | 9.26 | 148.87 | 144.25 |
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