典型大型海藻多糖与纤维素分子催化热解及共热解的量子化学计算

发布时间：2023-06-05 19:03

　　以往生物质热解过程的研究多集中在试验上,对于热解过程中主要化合物生成机理的报道则相对较少。采用共热解和催化热解技术可提高生物质热解油质量,但是其中具体的催化反应机理和共热解协同反应机理的研究甚少涉及。生物质组分复杂,取其中主要组分研究整体热解特性省时省力且准确,本文取纤维素和硫酸多糖代表稻壳等陆生生物质和大型海藻中主要组分作为本文研究对象。本文利用Py-GC/MS试验,分子动力学模拟和量子化学计算方法,对硫酸多糖热解过程、纤维素与硫酸多糖分别在ZSM-5催化剂下的催化热解过程、硫酸多糖与纤维素共热解过程及主要产物的形成机理进行了详实分析。本文主要研究内容及结论如下:(1)基于宏观试验Py-GC/MS、分子动力学模拟和量子化学计算对硫酸多糖的热解机理进行深入研究。试验结果表明硫酸多糖热解产物以呋喃类物质为主,其中5-甲基糠醛为主要产物。分子动力学模拟显示海藻多糖分子热解主要发生在中温阶段。基于密度泛函理论对硫酸多糖单体作为模型化合物的七条热解机理路径进行高斯计算,与试验结果一致。深入探究海藻热解机理,对其宏观热解利用具有一定指导意义。(2)初步结合Py-GC/MS和量子化学计算对硫酸多糖...

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 背景与意义
    1.2 生物质简述
    1.3 生物质能利用技术
        1.3.1 生物质固化成型技术
        1.3.2 微生物法
        1.3.3 物化转换热解技术
    1.4 藻类生物质资源及其特点
    1.5 生物质能源开发技术与利用现状
        1.5.1 陆生生物质热裂解研究现状
        1.5.2 海藻生物质热裂解研究现状
    1.6 本文研究内容及创新点
第二章 理论基础和计算方法
    2.1 分子动力学模拟
        2.1.1 基本原理
        2.1.2 主要常用力场
        2.1.3 周期性边界条件
    2.2 量子化学
        2.2.1 量子化学的发展历史
        2.2.2 密度泛函理论
    2.3 Gaussian09软件
        2.3.1 Gaussian09简介
        2.3.2 计算中常用的概念
第三章 海藻多糖热解机理研究
    3.1 试验原料和计算方法
        3.1.1 模化物的选取和Py-GC/MS试验条件
        3.1.2 分子动力学计算方法和条件
        3.1.3 量子化学计算方法和条件
    3.2 海藻多糖模型化合物的快速热裂解Py-GC/MS试验研究
    3.3 海藻多糖模型化合物的分子动力学模拟结果及分析
    3.4 海藻多糖热裂解特性的量子化学计算研究
        3.4.1 反应路径设计
        3.4.2 参数优化
        3.4.3 反应路径的动力学分析
        3.4.4 反应路径的热力学分析
    3.5 本章小结
第四章 纤维素、硫酸多糖分别基于ZSM-5催化热解机理的研究
    4.1 纤维素基于ZSM-5催化热解的Py-GC/MS试验研究
    4.2 纤维素基于ZSM-5催化热解的DFT研究
        4.2.1 反应路径设计
        4.2.2 反应物、中间体和过渡态的优化几何构型
        4.2.3 各反应路径的热力学和动力学分析
    4.3 纤维素基于ZSM-5催化热解生成苯类物质的DFT研究
    4.4 硫酸多糖基于ZSM-5催化热解的Py-GC/MS试验研究
    4.5 硫酸多糖基于ZSM-5催化热解的DFT研究
        4.5.1 反应路径设计
        4.5.2 反应物、中间体和过渡态的优化几何构型
        4.5.3 各反应路径的热力学和动力学分析
    4.6 本章小结
第五章 海藻与纤维素共热解反应机理的研究
    5.1 海藻多糖与纤维素快速共热解的Py-GC/MS试验结果分析
    5.2 海藻多糖与纤维素快速共热解的分子动力学研究
    5.3 海藻多糖与纤维素共热解机理的DFT研究
        5.3.1 第一类相互协同反应
        5.3.2 第二类相互协同反应
    5.4 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 全文总结
    6.2 创新点
    6.3 今后工作展望
参考文献
致谢
在读硕士期间发表的学术论文及取得的成果



本文编号：3831869