基于量子化學理論的木質素熱裂解中環(huán)類化合物形成機理的研究.pdf

1、隨著世界能源短缺和環(huán)境污染的日趨嚴重，生物質能源的開發(fā)利用已引起全世界的普遍關注。生物質主要由三大組分組成，包括纖維素、半纖維素和木質素。研究木質素的熱裂解機理，對于建立生物質氣化理論體系，優(yōu)化設備操作以及在工程應用中提供新的解決方案具有重要意義。
　　本文依托國家自然科學基金項目“基于量子化學理論的生物質高溫空氣/蒸汽氣化反應機理研究”，對木質素熱裂解的過程進行了研究。研究采用了密度泛函理論，設計了木質素模型化合物的熱裂解反應路

2、徑；對各途徑的反應物、產(chǎn)物、中間體和過渡態(tài)的結構進行了全面優(yōu)化；計算了各熱裂解反應路徑的熱力學參數(shù)，分析了其主要產(chǎn)物的形成機理；采用Py-GC/MS對木質素熱裂解的產(chǎn)物進行分析，最后將模擬和實驗結果進行了對比。
　　本文主要研究工作如下：
　　(1)木質素熱裂解中單環(huán)類化合物形成機理研究。針對α-O-4型木質素二聚體，設計了5條初級熱裂解反應路徑和8條次級熱裂解反應路徑，結果表明，初級熱裂解以Cα-O和C4-O鍵的斷裂為主，

3、而次級熱裂解中苯酚和苯甲基的轉化率最高。通過對路徑的熱力學計算，得出了熱力學優(yōu)先支持的反應路徑。
　　(2)木質素熱裂解中多環(huán)類化合物形成機理研究。針對苯環(huán)裂解和聚合的過程，設計了3條反應路徑，計算表明其焓變均小于零，為放熱反應，隨著反應溫度升高，焓變減少，反應放熱增大。針對多環(huán)類化合物的形成過程，設計了6條反應路徑，計算表明所有路徑均可自發(fā)進行，溫度對部分路徑的放熱量影響不明顯，還有部分路徑在400℃～700℃時放熱量達到最高，