《巨觀動力學研究方法》系統詳細地介紹了巨觀動力學的研究現狀和發展趨勢，重點介紹了巨觀動力學的研究方法和手段。第1章概述了化學反應動力學發展歷程，化學反應動力學特別是巨觀反應動力學的研究方法，以及動力學的新發展、新技術。第2章到第8章系統地介紹了當前巨觀動力學研究中最常用的7種研究方法，每章都先介紹每種研究方法的基本原理、手段，然後結合實例介紹其在動力學研究中的具體操作、數據處理及結果討論分析。例如在第2章中結合實例詳細介紹了淬火逐層分析法在巨觀結構動力學研究中的套用；在第3章、第4章中結合具體實例講解了高壓差熱分析(PDTA)、微分熱重(DTG)技術在巨觀動力學研究中的套用。《巨觀動力學研究方法》每章各自獨立成章，讀者可以有針對性地選擇，通過獨立章節的學習，快速掌握一種巨觀動力學研究方法。該書可以作為冶金、材料、化工等專業本科生以及研究生的教材和參考用書，也可供相關科研人員閱讀。
基本介紹
- 書名：巨觀動力學研究方法
- 出版社：化學工業出版社
- 頁數：180頁
- 開本：16
- 作者：張廷安 豆志河
- 出版日期：2014年9月1日
- 語種：簡體中文
內容簡介,圖書目錄,序言,
內容簡介
《巨觀動力學研究方法》是國內第一本系統總結巨觀動力學研究方法的高等教材，從實際套用角度出發進行介紹，結合大量實例。書中各章各自獨立成章，讀者可以有針對性地選擇，通過獨立章節的學習快速掌握一種巨觀動力學研究方法，該書可以作為冶金、材料、化工等專業本科生以及研究生的教材和參考用書。
圖書目錄
第1章 緒論1
1.1化學反應動力學的發展簡史2
1.1.1巨觀反應動力學發展階段中的主要成就2
1.1.2從巨觀反應動力學向微觀反應動力學過渡階段的主要成就2
1.1.3微觀反應動力學發展階段的主要成就3
1.2化學反應動力學4
1.2.1化學反應動力學的研究對象和任務4
1.2.2化學反應動力學和化學反應熱力學的關係4
1.3熱分析動力學5
1.4巨觀動力學概述7
1.5巨觀動力學研究方法10
1.5.1熱分析法10
1.5.2非熱分析法11
1.6巨觀動力學研究的幾個重要環節12
1.7巨觀動力學研究新進展13
1.7.1巨觀動力學研究方法新進展13
1.7.2巨觀動力學研究的新技術16
1.7.3巨觀動力學模型研究的新進展17
參考文獻19
第2章 淬冷法23
2.1淬冷法套用原理及裝置24
2.2淬火爐、淬火劑和淬火樣品的處理25
2.2.1淬火爐25
2.2.2淬火劑25
2.2.3樣品製備25
2.3熔體淬冷法研究動力學的原理26
2.4淬火-逐層分析法研究反應動力學的原理27
2.5淬冷法研究反應動力學的實例分析28
2.5.1固體碳還原熔渣中FeO反應的動力學28
2.5.2含BaO渣系精煉極低硫鋼的動力學31
2.5.3淬火-逐層分析法案例:梯度材料的製備34
參考文獻35
第3章 差熱分析法37
3.1概述38
3.2基本原理38
3.2.1差熱分析儀的基本原理38
3.2.2差熱分析曲線方程39
3.3差熱分析儀的溫度校核41
3.4差熱分析的影響因素42
3.4.1實驗條件的影響42
3.4.2試樣的影響44
3.5微分差熱分析45
3.6DTA在反應動力學中套用的基本原理46
3.7DTA在反應動力學套用中的實例分析49
3.7.1燃燒合成CaB6的動力學研究49
3.7.2高氯酸銨高壓下的分解動力學研究51
3.7.3硫化銅精礦焙燒的非等溫動力學研究53
3.7.4鎂熱還原合成硼化鈦微粉的動力學研究57
3.7.5用差熱分析研究環氧樹脂固化反應動力學58
參考文獻62
第4章 熱重分析法65
4.1基本原理和分析方法66
4.1.1微分法68
4.1.2積分法69
4.2反應機理的推斷70
4.3微商熱重法和自發氣氛熱重法72
4.3.1微商熱重法（DTG）72
4.3.2自發氣氛熱重法74
4.4影響熱重曲線的主要因素75
4.4.1儀器的影響75
4.4.2實驗條件的影響76
4.4.3試樣的影響77
4.5套用熱重力法研究動力學有關的幾個問題79
4.5.1固體試樣的製備79
4.5.2氣體速率的影響80
4.5.3關於反應的起始時間80
4.5.4誤差80
4.6熱重分析在動力學研究中的套用實例分析80
4.6.1等溫熱重法測定煤焦-二氧化碳氣化動力學80
4.6.2TG與DTG聯合在動力學研究中的套用83
4.6.3熱重-差熱聯合研究一水硬鋁石分解動力學86
4.6.4納米管Ni3(NO3)2(OH)4的熱分解動力學研究90
4.6.5一水合草酸鉀的熱分解動力學研究93
參考文獻96
第5章 差示掃描量熱法98
5.1差示掃描量熱法的基本原理99
5.1.1功率補償型DSC99
5.1.2熱流型DSC100
5.2影響因素103
5.2.1實驗條件的影響103
5.2.2試樣特性的影響104
5.3DSC的溫度和量熱校正105
5.3.1溫度校正105
5.3.2量熱校正106
5.4DSC在巨觀反應動力學套用中的基本原理107
5.5DSC在巨觀反應動力學套用中的實例分析109
5.5.1等溫DSC研究Zr60Al15Ni25大塊非晶合金晶化動力學109
5.5.2非等溫DSC研究CuC2O4-ZnC2O4·2H2O的熱分解動力學112
5.5.3採用DSC對TDE-85/70號酸酐固化動力學研究116
5.5.4用DSC研究鉬酚醛樹脂的固化反應動力學119
5.5.5城市垃圾焚燒飛灰熔融動力學研究122
5.5.6硝酸銨和硝酸鈉混合物熱分解的動力學分析128
參考文獻130
第6章 電化學法133
6.1擴散係數134
6.2固態和液態金屬中氧的擴散研究135
6.2.1液態金屬中氧的擴散研究136
6.2.2溶質對金屬熔體擴散係數的影響137
6.2.3固態金屬中氧的擴散137
6.3氣固相及氣-液相反應的動力學研究139
6.4固體電解質電池在動力學研究中的實例分析142
6.4.1液態Cu、Ag中氧的擴散係數測定142
6.4.2常壓下鐵箔在CO-CO2氣相內的氧化過程145
參考文獻146
第7章 靜態法148
7.1體積變化測量149
7.2壓力變化測量149
7.3靜態法在反應動力學研究中的實例分析150
7.3.1碳纖維/鋁複合材料的界面化學反應動力學的研究150
7.3.2氮在Fe-Se合金和Fe-Te合金中的溶解速率的測定153
7.3.3水蒸氣在CaO-SiO2-Al2O3渣系中的溶解動力學分析156
參考文獻162
第8章 動態法163
8.1產物氣體累計量的測定164
8.2產物氣體成分分析164
8.3動態法在動力學研究套用中的實例分析164
8.3.1明礬石熱分解巨觀動力學研究164
8.3.2小粒度維生素C冷卻結晶動力學研究167
8.3.3動態法研究苯酚在土壤中吸附的動力學173
8.3.4(NH4)2SO4浸取輕燒氧化鎂的反應動力學176
參考文獻179
1.1化學反應動力學的發展簡史2
1.1.1巨觀反應動力學發展階段中的主要成就2
1.1.2從巨觀反應動力學向微觀反應動力學過渡階段的主要成就2
1.1.3微觀反應動力學發展階段的主要成就3
1.2化學反應動力學4
1.2.1化學反應動力學的研究對象和任務4
1.2.2化學反應動力學和化學反應熱力學的關係4
1.3熱分析動力學5
1.4巨觀動力學概述7
1.5巨觀動力學研究方法10
1.5.1熱分析法10
1.5.2非熱分析法11
1.6巨觀動力學研究的幾個重要環節12
1.7巨觀動力學研究新進展13
1.7.1巨觀動力學研究方法新進展13
1.7.2巨觀動力學研究的新技術16
1.7.3巨觀動力學模型研究的新進展17
參考文獻19
第2章 淬冷法23
2.1淬冷法套用原理及裝置24
2.2淬火爐、淬火劑和淬火樣品的處理25
2.2.1淬火爐25
2.2.2淬火劑25
2.2.3樣品製備25
2.3熔體淬冷法研究動力學的原理26
2.4淬火-逐層分析法研究反應動力學的原理27
2.5淬冷法研究反應動力學的實例分析28
2.5.1固體碳還原熔渣中FeO反應的動力學28
2.5.2含BaO渣系精煉極低硫鋼的動力學31
2.5.3淬火-逐層分析法案例:梯度材料的製備34
參考文獻35
第3章 差熱分析法37
3.1概述38
3.2基本原理38
3.2.1差熱分析儀的基本原理38
3.2.2差熱分析曲線方程39
3.3差熱分析儀的溫度校核41
3.4差熱分析的影響因素42
3.4.1實驗條件的影響42
3.4.2試樣的影響44
3.5微分差熱分析45
3.6DTA在反應動力學中套用的基本原理46
3.7DTA在反應動力學套用中的實例分析49
3.7.1燃燒合成CaB6的動力學研究49
3.7.2高氯酸銨高壓下的分解動力學研究51
3.7.3硫化銅精礦焙燒的非等溫動力學研究53
3.7.4鎂熱還原合成硼化鈦微粉的動力學研究57
3.7.5用差熱分析研究環氧樹脂固化反應動力學58
參考文獻62
第4章 熱重分析法65
4.1基本原理和分析方法66
4.1.1微分法68
4.1.2積分法69
4.2反應機理的推斷70
4.3微商熱重法和自發氣氛熱重法72
4.3.1微商熱重法（DTG）72
4.3.2自發氣氛熱重法74
4.4影響熱重曲線的主要因素75
4.4.1儀器的影響75
4.4.2實驗條件的影響76
4.4.3試樣的影響77
4.5套用熱重力法研究動力學有關的幾個問題79
4.5.1固體試樣的製備79
4.5.2氣體速率的影響80
4.5.3關於反應的起始時間80
4.5.4誤差80
4.6熱重分析在動力學研究中的套用實例分析80
4.6.1等溫熱重法測定煤焦-二氧化碳氣化動力學80
4.6.2TG與DTG聯合在動力學研究中的套用83
4.6.3熱重-差熱聯合研究一水硬鋁石分解動力學86
4.6.4納米管Ni3(NO3)2(OH)4的熱分解動力學研究90
4.6.5一水合草酸鉀的熱分解動力學研究93
參考文獻96
第5章 差示掃描量熱法98
5.1差示掃描量熱法的基本原理99
5.1.1功率補償型DSC99
5.1.2熱流型DSC100
5.2影響因素103
5.2.1實驗條件的影響103
5.2.2試樣特性的影響104
5.3DSC的溫度和量熱校正105
5.3.1溫度校正105
5.3.2量熱校正106
5.4DSC在巨觀反應動力學套用中的基本原理107
5.5DSC在巨觀反應動力學套用中的實例分析109
5.5.1等溫DSC研究Zr60Al15Ni25大塊非晶合金晶化動力學109
5.5.2非等溫DSC研究CuC2O4-ZnC2O4·2H2O的熱分解動力學112
5.5.3採用DSC對TDE-85/70號酸酐固化動力學研究116
5.5.4用DSC研究鉬酚醛樹脂的固化反應動力學119
5.5.5城市垃圾焚燒飛灰熔融動力學研究122
5.5.6硝酸銨和硝酸鈉混合物熱分解的動力學分析128
參考文獻130
第6章 電化學法133
6.1擴散係數134
6.2固態和液態金屬中氧的擴散研究135
6.2.1液態金屬中氧的擴散研究136
6.2.2溶質對金屬熔體擴散係數的影響137
6.2.3固態金屬中氧的擴散137
6.3氣固相及氣-液相反應的動力學研究139
6.4固體電解質電池在動力學研究中的實例分析142
6.4.1液態Cu、Ag中氧的擴散係數測定142
6.4.2常壓下鐵箔在CO-CO2氣相內的氧化過程145
參考文獻146
第7章 靜態法148
7.1體積變化測量149
7.2壓力變化測量149
7.3靜態法在反應動力學研究中的實例分析150
7.3.1碳纖維/鋁複合材料的界面化學反應動力學的研究150
7.3.2氮在Fe-Se合金和Fe-Te合金中的溶解速率的測定153
7.3.3水蒸氣在CaO-SiO2-Al2O3渣系中的溶解動力學分析156
參考文獻162
第8章 動態法163
8.1產物氣體累計量的測定164
8.2產物氣體成分分析164
8.3動態法在動力學研究套用中的實例分析164
8.3.1明礬石熱分解巨觀動力學研究164
8.3.2小粒度維生素C冷卻結晶動力學研究167
8.3.3動態法研究苯酚在土壤中吸附的動力學173
8.3.4(NH4)2SO4浸取輕燒氧化鎂的反應動力學176
參考文獻179
序言
化工和冶金反應大多為非均相反應，如氣-固、液-固、固-固、氣-液和液-液間的反應。因此，化工與冶金反應過程是十分複雜的，除了化學反應過程以外，還伴隨著物料流動和混合以及熱和質的傳遞過程，前者涉及的是化學反應動力學，後者則屬於物理效應或稱為巨觀傳輸效應。化學反應速率如排除了物理效應的影響，就其本徵速率來說是與反應器大小和結構形式無關的。但是，無論是在實驗室小型裝置還是在半工業規模的裝置中，欲從總反應速率中完全消除物理效應的影響是很困難的。從工業角度來看，包括傳遞過程在內的綜合反應更具有實用性，這就是所謂的巨觀動力學研究的範疇。在反應動力學研究中，排除物理效應的影響，以求獲得本徵動力學數據，是對反應過程機理作出準確的判斷，並在此基礎上建立動力學方程式所必不可少的。隨著科學技術的發展，特別是物理化學學科的發展以及新的研究手段的出現(如分子束套用於化學反應研究，實現了從分子反應的層次上來觀察分子碰撞過程引起的化學反應的動態行為。雷射技術的出現使研究可以深入到量子態反應的層次，進而探討反應過程的微觀細節)，化學反應動力學已進入到一個新的階段——微觀反應動力學階段。但是從目前實際的研究套用現狀來看，關於化學反應巨觀動力學的研究，仍然在動力學研究中占據著不可替代的位置。在實際的生產套用中，從巨觀的、唯象的角度出發研究化學反應過程，對實際生產過程具有基礎的指導作用。目前，關於巨觀反應動力學專著很多，但大多都是從不同的反應體系出發，偏重巨觀動力學模型和理論的介紹，關於巨觀動力學研究方法的介紹則零散而不系統。本書正是從實際套用的角度對化學反應巨觀動力學研究方法的基本原理以及實際套用進行系統的介紹。
本書根據技術方法分章，以案例介紹為主，共分8個章節。第1章為緒論，主要是介紹了化學反應動力學發展歷程，化學反應動力學特別是巨觀反應動力學的研究方法，以及動力學的新發展、新技術等。由於熱分析動力學在化學反應動力學發展中的特殊作用，本章中用專門一節介紹了熱分析動力學。第2章到第8章詳細介紹了7種在巨觀動力學研究中常用的方法，每章都是先介紹基本原理，然後結合實例介紹其在動力學研究中的具體套用，並結合實例介紹了巨觀動力學研究新方法、新技術。例如，第2章中的淬火逐層分析法就是針對新近發展起來的自蔓延高溫合成技術而發明的一種研究巨觀結構動力學新方法，還有第3章中的高壓差熱分析(PDTA)、第4章中的微分熱重(DTG)技術以及電化學法都結合實例作了詳細的介紹。隨著熱分析技術以及熱分析儀的發展，還出現了多種手段聯合套用研究巨觀動力學的方法。本書每章各自獨立成章，不同專業、不同研究領域的研究人員可以有針對性選擇利用，該書是冶金、材料、化工等專業本科生以及研究生從事科學研究的一門很好的教材、參考書和工具書。
本書第1、2和8章由張廷安編寫，第3～7章由豆志河編寫，全書由張廷安審定。
在本書的編寫過程中，趙秋月、任曉東、王健、王一雍、王安國以及曹曉暢在部分章節的文字錄入方面做了大量工作，在此一併表示衷心的感謝。由於時間緊促，作者水平有限，書中的疏漏在所難免，歡迎廣大讀者在使用過程中批評指正。
張廷安 豆志河
2014年6月
本書根據技術方法分章，以案例介紹為主，共分8個章節。第1章為緒論，主要是介紹了化學反應動力學發展歷程，化學反應動力學特別是巨觀反應動力學的研究方法，以及動力學的新發展、新技術等。由於熱分析動力學在化學反應動力學發展中的特殊作用，本章中用專門一節介紹了熱分析動力學。第2章到第8章詳細介紹了7種在巨觀動力學研究中常用的方法，每章都是先介紹基本原理，然後結合實例介紹其在動力學研究中的具體套用，並結合實例介紹了巨觀動力學研究新方法、新技術。例如，第2章中的淬火逐層分析法就是針對新近發展起來的自蔓延高溫合成技術而發明的一種研究巨觀結構動力學新方法，還有第3章中的高壓差熱分析(PDTA)、第4章中的微分熱重(DTG)技術以及電化學法都結合實例作了詳細的介紹。隨著熱分析技術以及熱分析儀的發展，還出現了多種手段聯合套用研究巨觀動力學的方法。本書每章各自獨立成章，不同專業、不同研究領域的研究人員可以有針對性選擇利用，該書是冶金、材料、化工等專業本科生以及研究生從事科學研究的一門很好的教材、參考書和工具書。
本書第1、2和8章由張廷安編寫，第3～7章由豆志河編寫，全書由張廷安審定。
在本書的編寫過程中，趙秋月、任曉東、王健、王一雍、王安國以及曹曉暢在部分章節的文字錄入方面做了大量工作，在此一併表示衷心的感謝。由於時間緊促，作者水平有限，書中的疏漏在所難免，歡迎廣大讀者在使用過程中批評指正。
張廷安 豆志河
2014年6月
