基于量子化學(xué)理論的木質(zhì)素?zé)崃呀庵协h(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(zhì)能源的開發(fā)利用已引起全世界的普遍關(guān)注。生物質(zhì)主要由三大組分組成，包括纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。研究木質(zhì)素的熱裂解機理，對于建立生物質(zhì)氣化理論體系，優(yōu)化設(shè)備操作以及在工程應(yīng)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(xué)基金項目“基于量子化學(xué)理論的生物質(zhì)高溫空氣/蒸汽氣化反應(yīng)機理研究”，對木質(zhì)素?zé)崃呀獾倪^程進行了研究。研究采用了密度泛函理論，設(shè)計了木質(zhì)素模型化合物的熱裂解反應(yīng)路

2、徑；對各途徑的反應(yīng)物、產(chǎn)物、中間體和過渡態(tài)的結(jié)構(gòu)進行了全面優(yōu)化；計算了各熱裂解反應(yīng)路徑的熱力學(xué)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(zhì)素?zé)崃呀獾漠a(chǎn)物進行分析，最后將模擬和實驗結(jié)果進行了對比。
　　本文主要研究工作如下：
　　(1)木質(zhì)素?zé)崃呀庵袉苇h(huán)類化合物形成機理研究。針對α-O-4型木質(zhì)素二聚體，設(shè)計了5條初級熱裂解反應(yīng)路徑和8條次級熱裂解反應(yīng)路徑，結(jié)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(zhuǎn)化率最高。通過對路徑的熱力學(xué)計算，得出了熱力學(xué)優(yōu)先支持的反應(yīng)路徑。
　　(2)木質(zhì)素?zé)崃呀庵卸喹h(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(shè)計了3條反應(yīng)路徑，計算表明其焓變均小于零，為放熱反應(yīng)，隨著反應(yīng)溫度升高，焓變減少，反應(yīng)放熱增大。針對多環(huán)類化合物的形成過程，設(shè)計了6條反應(yīng)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，