南京工業(yè)大學(xué)倪磊教授團(tuán)隊(duì)在Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers（IF：6.3）發(fā)表題為《Investigation on the decomposition kinetics, thermal safety and mechanism of the nitration products of m-xylene: experiment and DFT calculations》的研究論文，該成果由南京工業(yè)大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院、江蘇省危險(xiǎn)化學(xué)品安全與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合支持。

間硝基二甲苯（Nitro-m-xylene，NMX）是一種關(guān)鍵的原料及中間體，廣泛應(yīng)用于精細(xì)化工產(chǎn)品和含能材料的合成。深入了解NMX的熱危險(xiǎn)性與安全性能，對(duì)于其在化工過(guò)程中的實(shí)際應(yīng)用至關(guān)重要。

本研究采用量熱實(shí)驗(yàn)結(jié)合理論化學(xué)計(jì)算的方法，對(duì)NMX的熱分解行為及動(dòng)力學(xué)特性展開了系統(tǒng)性研究。其中采用仰儀科技的絕熱加速量熱儀TAC-500A對(duì)間二甲苯硝化實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物的熱穩(wěn)定性進(jìn)行了精準(zhǔn)評(píng)估。

仰儀科技絕熱加速量熱儀TAC-500A

本研究中TAC-500A的應(yīng)用

TAC-500A絕熱加速量熱儀通過(guò)保持反應(yīng)體系與環(huán)境溫度相等，在絕熱條件下測(cè)定樣品的熱行為，從而模擬潛在的熱失控反應(yīng)。本實(shí)驗(yàn)稱取約1.0g硝化產(chǎn)物密封于不銹鋼測(cè)試池，在200-400℃溫度范圍內(nèi)采用經(jīng)典H-W-S模式測(cè)試：先升溫至初始溫度并恒溫60min，達(dá)到熱平衡后按5℃臺(tái)階升溫，每臺(tái)階恒溫30min并同步搜索放熱信號(hào)，直至檢測(cè)到樣品的自放熱檢測(cè)閾值達(dá)到0.02℃/min，即判定進(jìn)入熱失控階段，實(shí)驗(yàn)全程自動(dòng)記錄溫度與壓力數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)顯示，該硝化產(chǎn)物熱分解集中于270-360℃，溫度升高90℃。其初始分解溫度高于多種典型硝基化合物（如2-硝基苯酚約240.5℃、NTO約215.2℃、2,4,6-三硝基甲苯約220.8℃），結(jié)果表明常規(guī)操作下該產(chǎn)物熱穩(wěn)定性相對(duì)優(yōu)異。

同時(shí)，體系壓力從5.2bar升至10.7bar，說(shuō)明分解釋放大量氣態(tài)產(chǎn)物（如 NO?、NO 及其他揮發(fā)性物質(zhì)）。因此，在密閉空間內(nèi)，分解氣體的積聚可能導(dǎo)致設(shè)備失效或氣體泄漏，必須配備適當(dāng)?shù)男箟合到y(tǒng)和應(yīng)急措施，以確保安全運(yùn)行。

部分研究成果展示

總結(jié)

本研究采用反應(yīng)量熱儀進(jìn)行間二甲苯硝化反應(yīng)，通過(guò)差示掃描量熱法（DSC）和加速量熱法（ARC）表征了硝化產(chǎn)物的熱分解行為，計(jì)算了關(guān)鍵動(dòng)力學(xué)參數(shù)與熱安全參數(shù)，并利用密度泛函理論（DFT）分析了主要產(chǎn)物4-硝基間二甲苯（4-NMX）的分解路徑。該研究結(jié)果為理解間二甲苯硝化產(chǎn)物的熱穩(wěn)定性及潛在危害提供了重要數(shù)據(jù)支撐，同時(shí)為其安全合成、儲(chǔ)存與運(yùn)輸提供了指導(dǎo)。