纤维素热分解机理的分子反应动力学研究

摘要

采用基于反应力场的分子动力学模拟方法研究了纤维素热解的动态演变规律，着重考察了自由基演变历程和热解产物分布．构建原子数为1 152的纤维素大分子模型，对其进行500～2 800 K的热解模拟，得到产物分布和中间自由基的演变历程．结果表明，低温下纤维素热解以一次反应为主，主要热解产物为焦炭和生物油；高温下发生了二次反应，一次反应生成的生物油经历二次反应裂解为小分子气体或缩聚为焦炭．900 K是一次反应向二次反应的转折温度，且发生二次反应比一次反应所需时间更长．低温下纤维素热解生成的生物油中含氧量较高，高温下生物油中的含氧官能团会进一步裂解生成更小的气体分子片段，部分H在高温下迁移为气相．统计并探究了CO、CO₂、H₂O和C₂H₄O₂4种主要热解产物的演变规律，反应轨迹研究表明，除CO与CO₂之间的相互转化，CO主要通过羰基（CHO）断裂生成，CO₂的释放主要是羧基（CHO₂）的断裂和重整所致．

关键词

纤维素 / 热解 / 反应力场 / 生物油 / 二次反应 / 热解机理

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52306177); 山东省自然科学基金资助项目(ZR2021ME056); 煤燃烧国家重点实验室开放课题资助项目(FSKLCCA2204)