半纖維素高溫蒸汽氣化微觀機理研究.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ο螅诹孔踊瘜W(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程的微觀反應(yīng)機理，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)的動力學(xué)模型。研究結(jié)果對于揭示生物質(zhì)高溫蒸汽氣化機理具有重要意義。本文主要研究工作如下：
　?。?）基于密度

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

3、物、中間體、過渡態(tài)和產(chǎn)物）分子結(jié)構(gòu)全面優(yōu)化并且進行振動頻率計算。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。
　?。?）進行了不同參數(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)動力學(xué)特性。研究表明，水蒸汽氣氛下半纖維素的