生物质热解过程中氮元素迁移转化机制研究进展

利用热解技术将生物质转化为高值含氮化学品或含氮炭材料能够显著提升生物质的利用价值,且明显降低含氮物质带来的环境污染风险。因此,明晰热解过程中氮元素的迁移转化机制对促进生物质热解技术的开发具有重要意义。本研究归纳了不同种类生物质中氮元素的赋存形式及含量;以固、液、气相热解产物中氮元素的分布为基础,概述了氮元素从生物质向热解产物迁移转化的反应机制;总结了燃料性质、预处理方法及热解条件对氮元素迁移转化的影响,并对未来生物质热解过程中氮元素迁移转化机制的研究方向进行了展望。

聚对苯二甲酸丁二醇酯二聚体键离能的理论研究

采用密度泛函理论方法对聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)二聚体的键离能进行了计算.为了选取较为精确的方法来计算PBT各个键的键离能,以与PBT具有相同的酯基官能团的乙酸乙酯为模型参照物.采用M062X,B3P86,M06,PBE0,wB97xD方法分别在基组6-31G(d),6-311G(d),6-311+G(d,p),6-311++G(d,p),cc-pVDZ,cc-pVTZ水平下对乙酸乙酯的键离能进行计算.通过对比计算结果与iBonD数据库的乙酸乙酯实验测定值可知,M062X在基组6-311G(d)水平下计算结果与实验值最为接近.因此,本研究采用M062X方法在基组6-311G(d)水平下对聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)二聚体的键离能进行计算.计算结果表明:在PBT的各键中C-C_(arcmatic)键的键离能最大,主链上的C-C键离能最小,为370.9 kJ/mol.其次就是C-O键,为404.6 kJ/mol.基于PBT键离能的计算结果,设计了3条PBT二聚体热降解过程可能形成的反应路径,分析了热解产物的形成机理.结果表明PBT二聚体热解过程可能主要进行协同反应.

聚对苯二甲酸乙二醇酯二聚体模化物键离能的理论研究

采用密度泛函理论方法计算了聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)二聚体模化物的键离能,并设计PET热解的3条可能路径,分析PET热解机理.由于乙酸甲酯与PET具有相同的酯基官能团,因此以乙酸甲酯为简单模型参照物,采用M06-2X,B3P86,B3LYP以及BHandHLYP方法分别在基组LanL2DZ,6-31G(d),3-21G和6-31++G(d,p)水平下对乙酸甲酯的键离能进行计算.通过计算可知,B3P86与M06-2X方法的计算结果与iBonD数据库的乙酸甲酯实验测定值最接近.因此本研究采用B3P86与M06-2X方法对PET的键离能进行计算.计算结果表明:PET的各键中C—C(aromatic)键的键离能最大,主链上的C—C键离能最小,其次是C—O键.在PET的可能热解路径中,PET可能主要通过主链进行协同反应,生成苯甲酸、对苯二甲酸等有机酸以及CH3CHO和CO2等气体产物.

聚氯乙烯热降解过程中HCl脱除机理的理论研究

使用B3LYP/6-311++G(d,p)方法对聚氯乙烯(PVC)几种可能模型化合物在热降解过程中HCl的脱除机理进行了理论计算.计算结果表明:PVC在第一阶段热降解过程中脱氯形成HCl时主要进行的是协同反应;缺陷结构的支链(如—CH2CH2Cl,—CHClCH3和—CH3)能显著降低邻近碳位脱除HCl的反应能垒;热降解产物HCl对热降解反应有催化作用;更为显著的是脱除HCl之后形成的氯丙烯基(-CH-CH-CHCl—)能降低HCl形成的反应能垒,而氯丁烯基(-CH=CH-CH2—CHCl—)对HCl的脱除几乎没有影响.