【摘 要】
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氧化剂和有机过氧化物已广泛应用于工业生产的各个领域。然而该类物质具有强氧化性,在受热或含有杂质时易燃烧爆炸。因此研究杂质作用下氧化剂及有机过氧化物的热危险性,对其生产、储存、运输提供安全指导有重要意义。本文以30%双氧水(H_2O_2)和75%过氧化苯甲酰(BPO)为研究对象,研究其在杂质作用下的热危险性,获取放热特性、动力学模型、热安全参数等。首先使用不同材质坩埚进行差示扫描量热(DSC)测试,
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氧化剂和有机过氧化物已广泛应用于工业生产的各个领域。然而该类物质具有强氧化性,在受热或含有杂质时易燃烧爆炸。因此研究杂质作用下氧化剂及有机过氧化物的热危险性,对其生产、储存、运输提供安全指导有重要意义。本文以30%双氧水(H2O2)和75%过氧化苯甲酰(BPO)为研究对象,研究其在杂质作用下的热危险性,获取放热特性、动力学模型、热安全参数等。首先使用不同材质坩埚进行差示扫描量热(DSC)测试,选取对测试结果无影响的坩埚进行后续实验;然后开展DSC和绝热量热(ARC)测试,进行杂质筛选并获得放热特性参数;基于DSC和ARC数据,分别采用无模型方法和非线性拟合方法求取动力学三因子;最后借助Thermal Safety Software(TSS)对储存、运输等过程热爆炸参数进行预测。对于H2O2来说,不锈钢坩埚催化H2O2的分解,应选择镀金坩埚;极少量金属离子杂质(FeCl3、FeCl2和CuCl2水溶液)和碱性杂质(NaOH、Na2CO3、NaHCO3、NH4HCO3水溶液)即可催化H2O2分解。基于Friedman方法的动力学计算中,H2O2、含有NH4HCO3的H2O2和含有CuCl2的H2O2活化能分别在55-63 kJ/mol、40-48 kJ/mol和30-35 kJ/mol的范围内变化,均可视为单步反应;非线性模型拟合方法中,H2O2、含有NH4HCO3的H2O2均符合单步n级反应模型。H2O2、含有NH4HCO3的H2O2在包装为50kg时的自加速分解温度(SADT)分别为18℃和-10℃。H2O2中含有杂质时,其绝热诱导期(TMRad)和指定转化率到达时间(TCL)也有所减小。所以H2O2要储存在阴凉库房,避免日光直晒;在运输时要严格按照规定的包装,防止混入其他杂质。对于BPO来说,坩埚材质对BPO的分解无明显影响;CuCl2、NaOH可以与BPO发生反应,对其分解有明显影响。BPO、含有NaOH的BPO活化能120-260 kJ/mol和60-115 kJ/mol范围内变化较大,不能用单步模型表示;非线性模型拟合中发现BPO、含有NaOH的BPO符合两步连续反应模型A→B→C,其中A→B为自催化反应,B→C为n级反应。在热安全参数预测中,同一个体系包装越大,SADT越小;含有NaOH的BPO的SADT低于BPO的SADT。所以BPO要储存在通风良好的库房中,库内温度不得高于室温。本文对研究含有杂质的物质的热稳定性研究提供了基础数据和分析方法技术,并且对双氧水和BPO的安全使用具有一定的指导意义。
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