本文圍繞玉米秸稈開展整體分子模型的建立以及各組分熱解規(guī)律研究工作。課題研究內(nèi)容分為理論研究、實驗研究兩部分。重點研究生物質(zhì)各組分（纖維素、半纖維素、木質(zhì)素）的熱解規(guī)律及其結構參數(shù)與玉米秸稈整體模型的關系,從熱力學、動力學等角度評價分子結構的反應性。借此形成生物質(zhì)結構模型構建方法。理論研究方面一是將生物質(zhì)單體結構特性進行分類,結合量子化學、分子動力學、密度泛函理論等分子模擬方法,對玉米秸稈各組分進行熱解模擬,研究各組分的成、斷鍵規(guī)律,實現(xiàn)產(chǎn)物分布的預測進而得到其熱解過程中的微觀化學演化規(guī)律;二是基于上述玉米秸稈各組分熱解規(guī)律,將各組分按比例混合以形成玉米秸稈三維結構模型。實驗研究方面則是采用Py-GC/MS對纖維素進行快速熱解實驗研究,分析纖維素熱解特性及熱解溫度對產(chǎn)物分布的影響。研究方法及內(nèi)容如下:首先總結纖維素、半纖維素、木質(zhì)素的模型化合物,歸納出最合適的結構單元。針對選取的模型化合物,采用熱裂解儀與氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術（Py-GC/MS）檢測纖維素熱解過程中可能生成的產(chǎn)物。然后根據(jù)Py-GC/MS技術得到的熱解產(chǎn)物預測結果,對纖維素模型化合物纖維二糖進行熱解過程中反應路徑設計并用M... 

【文章來源】：東北電力大學吉林省

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖２－１反應路徑示意圖??圖２－１為反應路徑示意圖

東北電力大學工學碩士學位論文??現(xiàn)的所有化學成分。??＃〇ｘｙｇｅｎ??ｆ?，?＃?Ｃａｒｂｏｎ??備?〇?Ｈｙｄｒｏｇｅｎ??圖３－１模型化合物纖維二糖結構圖??３．?１．２．２反應路徑設計??目前的研宄多集中于解釋纖維素熱解的初始機理，尤其是纖維素鏈的解聚及各種小分??子產(chǎn)物的形成�？偨Y對比了前人［８２］的經(jīng)驗，我們發(fā)現(xiàn)纖維素熱解主要產(chǎn)生三類物質(zhì)：呋喃??類，吡喃類，線性小分子物質(zhì)。其中最主要的是左旋葡聚糖（ＬＧ）、乙醇醛（ＨＡＡ）、５－??羥基呋喃（５－ＨＭＦ）等熱解產(chǎn)物。由熱解溫度升高引起的纖維素分子炭化而發(fā)生的脫水反??應也是熱解機理研宄中不可缺少的反應。根據(jù)Ｗａｎｇ等人的研宄工作，本章將實驗研究和??模擬計算結合，提出了?１２條（見圖３－２）纖維二糖熱解過程中可能發(fā)生的反應路徑。在纖??維素的幾種主要熱解產(chǎn)物中，左旋葡聚糖（ＬＧ）是最重要的熱解初級產(chǎn)物［？８５］，它也可以??作為其他產(chǎn)物生成的中間體如圖３－２為纖維二糖熱解反應路徑圖，路徑１－４是纖維素??熱解主要產(chǎn)物左旋葡聚糖的形成路徑。有生物質(zhì)熱解實驗［８７，８８］表明，生物質(zhì)熱解初期低溫??階段主要發(fā)生脫水反應。本文中的路徑５－９是不同碳原子上羥基一０Ｈ與Ｈ原子反應生成??水分子，隨后反應物發(fā)生脫水反應并生成新的產(chǎn)物的過程。Ｐｉｓｋｏｒ＃９］等人認為纖維素單體??在熱解過程中裂解生成的二碳碎片在很大程度上轉(zhuǎn)換成乙醇醛ＨＡＡ。路徑１０與路徑１１??是反應物經(jīng)歷脫水、斷裂、異構形成乙醇醛ＨＡＡ的過程。作為纖維素熱解的主要產(chǎn)物之??一，５－ＨＭＦ通常由己糖三次脫水形成。路徑１２中反應物通過呋喃果糖中間體機理進行反??復脫水形成５－ＨＭＦ，該過程經(jīng)歷

?第３章纖維素的熱解特性研宄???〇Ｈ?５?ＯＨ?３?ＨＯ?〇Ｈ??１?＼〇Ｈ?／雜穿??喊。％＼。“?：??＇?４＾ｆ＾〇?ＨＯ＾Ｓ－Ｋ?３Ｈ２〇??＾?１?＼?ｏｈ?＾?ｒ??，：ｆ?彳?＼??８?＾ＯＨ?，．?〇Ｈｒ?ｉ／?Ｉ?〇?＋?ＰＵ??ｆ齲Ｈ／々ｗ破。Ｈ??〇?０Ｈ??ＨＴ＂＾ＵＨ＾Ａ＇ｓ〇４＾４ｒ＾??圖３－２纖維二糖熱解的反應路徑??３．?１．２．?３計算方法??本文中所有的計算都通過Ａｃｃｅｌｒｙｓ公司的Ｍａｔｅｒｉａｌｓ?Ｓｔｕｄｉｏ?ＤＭｏｌ３完成。選用雙數(shù)值加??ｄ函數(shù)基組ＤＮＤ，并且運用Ｒｅｖｉｅｗ－Ｐｅｒｄｅｗ－Ｂｕｒｋｅ－Ｅｍｚｅｒｈｏｆ（ＲＰＢＥ）中的泛函梯度近似函??數(shù)ＧＧＡ為基組，計算了反應物Ｒ，產(chǎn)物Ｐ及過渡態(tài)ＴＳ的相關能量。其中能量、力和位移??的收斂標準則分別為２ｘｌ〇－５Ｈａｒｔｒｅｅ（Ｈａ），０．００４ＨａＡ－ｌ，０．００５Ａ。另外，自洽場密度收斂值??（ＳＣＦ?ｔｏｌｅｒａｎｃｅ）指定為ｌ＊１０－５Ｈａ。部分學者指出纖維素的快速熱解過程遵從協(xié)同機理，??因此本文中所有的反應都是建立在協(xié)同反應的基礎上的。??３．?２結果討論??３．２．１熱解產(chǎn)物分析??有研宄［９Ｇ］表明，纖維素與纖維二糖熱解失重曲線一致，且熱解溫度為４００°Ｃ時最大失??重速率達到８０％。如表３－１中為纖維素、纖維二糖在４００°Ｃ、５００°Ｃ、６００°Ｃ快速熱解時主??要產(chǎn)物分布。圖３－３、３－４、３－５分別為熱解溫度為４００°Ｃ、５００°Ｃ、６０ＣＴＣ時纖維素與纖維二??糖的熱解產(chǎn)物分布圖。由表３－１可以看出，熱解過程中各產(chǎn)物含量變化與熱解溫度沒有明??顯關聯(lián)。根據(jù)觀察可得，所有產(chǎn)

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
[1]基于密度泛函理論的半纖維素熱解機理研究[D]. 吳隆琴.貴州民族大學 2017
[2]蒸汽爆破法處理玉米芯半纖維素的研究[D]. 許丙磊.江南大學 2011



本文編號：3377087