南京工业大学倪磊教授团队通过绝热加速量热实验与DFT计算，系统研究了间硝基二甲苯的热分解动力学、热安全性及机理。结果显示NMX在270-360℃分解，初始分解温度高于多种典型硝基化合物，热稳定性优异，但分解产生气体需注意安全风险。

间硝基二甲苯热分解动力学研究

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

文章摘要

本文系统研究了间二甲苯硝化产物（间硝基二甲苯，NMX）的热分解动力学、热安全性及分解机理。南京工业大学倪磊教授团队结合绝热加速量热实验与密度泛函理论（DFT）计算，揭示了NMX在270–360℃范围内的热分解行为，并评估了其热稳定性与潜在安全风险。研究结果为化工过程中NMX的安全合成、储存与运输提供了重要数据支撑。

引言：间硝基二甲苯的热安全性研究背景

间硝基二甲苯（Nitro-m-xylene, NMX）是一种重要的化工原料及中间体，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，对其在化工过程中的实际应用具有重要意义。本研究由南京工业大学安全科学与工程学院及江苏省危险化学品安全与控制重点实验室联合支持，相关成果发表于《Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers》（影响因子：6.3）。

研究方法：量热实验与理论计算相结合

本研究采用量热实验与理论化学计算相结合的方法，系统探讨了NMX的热分解行为及动力学特性。其中，利用仰仪科技的绝热加速量热仪TAC-500A，对间二甲苯硝化产物的热稳定性进行了精准评估。

TAC-500A绝热加速量热仪的应用

TAC-500A绝热加速量热仪通过维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。实验中，称取约1.0克硝化产物，密封于不锈钢测试池中，在200–400℃温度范围内采用经典H-W-S模式进行测试：首先升温至初始温度并恒温60分钟，达到热平衡后按5℃台阶逐步升温，每个台阶恒温30分钟并同步搜索放热信号，直至检测到样品的自放热速率达到0.02℃/分钟的阈值，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。

实验结果：热分解行为与动力学参数分析

热分解温度区间与稳定性评估

实验结果显示，该硝化产物的热分解主要集中在270–360℃区间，温升幅度为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℃），表明在常规操作条件下，该产物的热稳定性相对优异。

压力变化与气体释放风险

同时，体系压力从5.2巴升至10.7巴，说明分解过程中释放了大量气态产物（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。

机理研究：密度泛函理论（DFT）计算

本研究利用密度泛函理论（DFT）分析了主要产物4-硝基间二甲苯（4-NMX）的分解路径。理论计算揭示了NMX分子中硝基基团的断裂与重排机制，为理解其热分解过程提供了微观层面的解释。

研究结论与工程应用建议

本研究采用反应量热仪进行间二甲苯的硝化反应，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。

关键词：间二甲苯硝化产物；间硝基二甲苯；热分解动力学；热安全性；绝热加速量热仪；密度泛函理论；NMX；TAC-500A

作者单位：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

发表期刊：Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers（影响因子：6.3）