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优秀论文 | 间二甲苯硝化产物的分解动力学、热安全性及机理研究

优秀论文 | 间二甲苯硝化产物的分解动力学、热安全性及机理研究 仰仪科技
2025-11-05
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南京工业大学倪磊教授团队在Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers(IF:6.3)发表题为《Investigation on the decomposition kinetics, thermal safety and mechanism of the nitration products of m-xylene: experiment and DFT calculations》的研究论文,该成果由南京工业大学安全科学与工程学院、江苏省危险化学品安全与控制重点实验室联合支持。

间硝基二甲苯(Nitro-m-xylene,NMX)是一种关键的原料及中间体,广泛应用于精细化工产品和含能材料的合成。深入了解NMX的热危险性与安全性能,对于其在化工过程中的实际应用至关重要。 

本研究采用量热实验结合理论化学计算的方法,对NMX的热分解行为及动力学特性展开了系统性研究其中采用仰仪科技的绝热加速量热仪TAC-500A对间二甲苯硝化实验产物的热稳定性进行了精准评估。

仰仪科技绝热加速量热仪TAC-500A



本研究中TAC-500A的应用

TAC-500A绝热加速量热仪通过保持反应体系与环境温度相等,在绝热条件下测定样品的热行为,从而模拟潜在的热失控反应。本实验称取约1.0g硝化产物密封于不锈钢测试池,在200-400℃温度范围内采用经典H-W-S模式测试:先升温至初始温度并恒温60min,达到热平衡后按5℃台阶升温,每台阶恒温30min并同步搜索放热信号,直至检测到样品的自放热检测阈值达到0.02℃/min,即判定进入热失控阶段,实验全程自动记录温度与压力数据。

实验显示,该硝化产物热分解集中于270-360℃,温度升高90℃。其初始分解温度高于多种典型硝基化合物(如2-硝基苯酚约240.5℃、NTO约215.2℃、2,4,6-三硝基甲苯约220.8℃),结果表明常规操作下该产物热稳定性相对优异。

同时,体系压力从5.2bar升至10.7bar,说明分解释放大量气态产物(如 NO₂、NO 及其他挥发性物质)。因此,在密闭空间内,分解气体的积聚可能导致设备失效或气体泄漏,必须配备适当的泄压系统和应急措施,以确保安全运行。

部分研究成果展示



总结

本研究采用反应量热仪进行间二甲苯硝化反应,通过差示扫描量热法(DSC)和加速量热法(ARC)表征了硝化产物的热分解行为,计算了关键动力学参数与热安全参数,并利用密度泛函理论(DFT)分析了主要产物4-硝基间二甲苯(4-NMX)的分解路径。该研究结果为理解间二甲苯硝化产物的热稳定性及潜在危害提供了重要数据支撑,同时为其安全合成、储存与运输提供了指导。





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