基于典型产物的纤维素快速热解机理研究及模型构建

发布时间：2021-11-21 17:27

　　对生物质能源的高效利用是缓解全球气候恶化和化石资源枯竭等问题的有效措施,其中,生物质资源热转化制备清洁燃料或高附加值化学品近年来成为国内外学者的研究热点。纤维素作为农林生物质的主要组成部分,它的热解机理在很大程度上能够反映生物质整体的热解规律,是生物质组分全利用的基础。然而,目前已有研究尚存在诸多争议,如纤维素热解动力学模型与热解机理联系不够密切,并且大多数研究仅适用于特定条件（小尺寸颗粒、低升温速率等）,缺乏普适性。针对以上问题,本文开展了基于产物生成和理论计算的热解机理、纤维素热解动力学模型、大颗粒热解传热模型等一系列基础研究,进而针对纤维素的热解特点开发了新型过渡金属@纤维素炭气凝胶催化剂,并初步探究了催化热解机理,主要内容及结论如下:（1）采用热重-差热联用（TGA-DSC）和热重-红外联用（TGA-FTIR）研究了纤维素热解过程的失重情况和特征产物生成特性,采用快速热解-气相色谱/质谱联用（Py-GC/MS）考察了热解产物随热解温度、时间的变化规律,以及晶型和聚合度对热解的影响,从实验层面全面分析了产物之间的相互作用机制。研究发现,纤维素200°C能发生解结晶,且该反应可逆;... 

【文章来源】：北京林业大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：124 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 纤维素热解研究现状
        1.2.1 纤维素结构简述
        1.2.2 纤维素热解动力学
        1.2.3 典型产物生成机理研究
        1.2.4 影响纤维素热解特性的因素
        1.2.5 纤维素颗粒热解过程中的传热传质研究
        1.2.6 热解产物调控的研究
        1.2.7 纤维素热解理论计算研究现状
    1.3 研究目的、意义及内容
2 纤维素热解特征反应研究
    2.1 引言
    2.2 实验材料与方法
        2.2.1 纤维素热重-差热联用分析
        2.2.2 纤维素热重-红外光谱联用分析
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 纤维素热重分析
        2.3.2 基于典型热解反应的纤维素热解路线
    2.4 本章小结
3 基于产物组分的纤维素热解量化计算
    3.1 引言
    3.2 材料与方法
        3.2.1 Py-GC/MS实验
        3.2.2 纤维素Ⅱ的制备与表征
        3.2.3 DFT计算方法
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 纤维素快速热解产物分布
        3.3.2 晶型对热解影响的研究
        3.3.3 聚合度对热解影响的研究
        3.3.4 DFT计算结果
    3.4 本章小结
4 纤维素热解路线及反应动力学模型
    4.1 引言
    4.2 纤维素热解路线的提出
    4.3 动力学参数的确定
        4.3.1 动力学路线的提出
        4.3.2 机理函数的确定
        4.3.3 活化能和指前因子的确定
    4.4 模型验证
    4.5 本章小结
5 纤维素颗粒热解过程中的传热研究
    5.1 引言
    5.2 实验材料与方法
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 大样品尺寸的热重实验
        5.3.2 纤维素热解过程中固体的形态变化
        5.3.3 传热模型
        5.3.4 热导率和压力的变化
        5.3.5 TG曲线和样品温度验证
        5.3.6 产物分布
    5.4 本章小结
6 过渡金属@纤维素炭气凝胶催化下的纤维素快速热解
    6.1 引言
    6.2 催化剂的制备与表征
        6.2.1 制备方法
        6.2.2 催化剂的表征
    6.3 结果与讨论
        6.3.1 负载对催化剂性质的影响
        6.3.2 铁、镍催化纤维素热解机理
    6.4 本章小结
7 结论与展望
    7.1 本论文主要结论
    7.2 本论文主要创新点
    7.3 对今后研究的建议
参考文献
附录A
个人简介
导师简介
获得成果目录清单
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]碱预处理对制备微晶纤维素的影响[J]. 李金宝,马飞燕,修慧娟,成锐,冯盼,杨雪,赵欣.  中国造纸. 2020(01)
[2]Biomass pyrolysis: A review of the process development and challenges from initial researches up to the commercialisation stage[J]. Xun Hu,Mortaza Gholizadeh.  Journal of Energy Chemistry. 2019(12)
[3]过渡金属基催化剂降解纤维素应用研究进展[J]. 周娴,侯明波,王震,门楠,张树江,王景芸.  化学通报. 2018(05)
[4]XRD分峰法测定天然纤维素结晶度的研究[J]. 刘治刚,高艳,金华,于世华.  中国测试. 2015(02)
[5]基于离子液体再生的纤维素热解特性[J]. 王鹏,龚勋,张彪,冷尔唯,陈振国,徐明厚.  化工学报. 2014(12)
[6]国内外生物质热解动力学模型的研究现状[J]. 李三平,王述洋,孙雪,曹有为.  生物质化学工程. 2013(04)
[7]3种方法计算棉秆纤维素结晶度的比较分析[J]. 蔺焘,郭文静,方露,王正.  东北林业大学学报. 2013(02)
[8]理论研究中的量子化学计算方法[J]. 龙威.  宁夏师范学院学报. 2010(03)
[9]分峰计算结晶度的问题探讨[J]. 朱育平,陈晓.  实验室研究与探索. 2010(03)
[10]理论化学研究进展以及在可持续发展中的应用[J]. 帅志刚.  化学进展. 2009(11)

博士论文
[1]典型生物质选择性热解制备高附加值化学品的研究[D]. 叶小宁.华北电力大学(北京) 2018
[2]生物质快速催化热解制备高附加值化学品的研究[D]. 张智博.华北电力大学(北京) 2016
[3]纤维素快速热解机理的分子模拟研究[D]. 黄金保.重庆大学 2010
[4]生物质选择性热解液化的研究[D]. 陆强.中国科学技术大学 2010
[5]短链烃类在离子交换ZSM-5分子筛上催化转化反应的量子化学研究[D]. 丁冰晶.北京化工大学 2008
[6]纤维素热裂解机理试验研究[D]. 廖艳芬.浙江大学 2003

硕士论文
[1]纤维素和半纤维素热解机理及其产物调控途径的研究[D]. 梁嘉晋.华南理工大学 2016
[2]制备条件对磷酸法再生纤维素结构和功能的影响研究[D]. 郝晓霞.南京农业大学 2015
[3]密度泛函理论中分子体系的界限研究[D]. 田国才.云南师范大学 2002



本文编号：3509927