半纖維素高溫蒸汽氣化微觀機(jī)理研究.pdf

1、本課題以生物質(zhì)高效氣化利用技術(shù)為研究背景，以半纖維素的?；锬揪厶菫檠芯繉?duì)象，基于量子化學(xué)密度泛函理論（DFT），采用Gaussian軟件研究了半纖維素高溫蒸汽氣化過(guò)程的微觀反應(yīng)機(jī)理，采用差熱分析技術(shù)研究了半纖維素在不同水蒸汽濃度（20％、40%、60%、80%、100%）氛圍下的氣化行為，并建立了半纖維素高溫水蒸汽氣化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)模型。研究結(jié)果對(duì)于揭示生物質(zhì)高溫蒸汽氣化機(jī)理具有重要意義。本文主要研究工作如下：
　?。?）基于密度

2、泛函理論，運(yùn)用Gaussian軟件模擬并優(yōu)化了半纖維素的分子結(jié)構(gòu)，計(jì)算得到了振動(dòng)頻率，獲得了穩(wěn)定態(tài)的分子模型及其構(gòu)型參數(shù)，并通過(guò)對(duì)比紅外光譜儀測(cè)得的半纖維素分子結(jié)構(gòu)中的基團(tuán)頻率和理論計(jì)算的頻率驗(yàn)證了所猜測(cè)的半纖維素分子結(jié)構(gòu)模型的正確性。
　?。?）設(shè)計(jì)了半纖維素在高溫蒸汽氣化（700～1500K）的8條反應(yīng)路徑，并進(jìn)行了高溫蒸汽氣化反應(yīng)的機(jī)理研究。采用量子化學(xué)密度泛函理論在B3LYP/6-31G(d)水平下對(duì)氣化反應(yīng)中各駐點(diǎn)（反應(yīng)

3、物、中間體、過(guò)渡態(tài)和產(chǎn)物）分子結(jié)構(gòu)全面優(yōu)化并且進(jìn)行振動(dòng)頻率計(jì)算。結(jié)果表明，路徑1、2在所有設(shè)定溫度下的吉布斯自由能變最小，故路徑1、2最容易發(fā)生，生成的產(chǎn)物2-糠醛（P1）最多，路徑4活化能最低為最佳反應(yīng)路徑。
　　（3）進(jìn)行了不同參數(shù)水蒸汽濃度（20%、40%、60%、80%、100%）的半纖維素氣化反應(yīng)的熱重研究，分析了不同水蒸汽濃度對(duì)半纖維素氣化的影響以及不同水蒸汽濃度下的氣化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特性。研究表明，水蒸汽氣氛下半纖維素的