基于ReaxFF力场研究超临界水气化降解木质素的催化反应机理

发布时间：2023-04-25 21:20

　　木质素是我国制浆造纸行业中主要的工业废弃物,其直接排放会对环境造成严重的负面影响。利用超临界水催化气化技术对木质素加以利用,具有环境和能源上的双重收益。深入研究木质素在超临界水中的降解行为和催化反应机理对于优化操作参数,反应器设计以及催化剂开发具有重要意义。然而超临界水反应为高温、高压和高反应速率的过程,期间涉及大量反应中间体的生成与消耗,反应机理极其复杂。由于缺乏原位监测手段,通过实验研究超临界水催化气化木质素的微观机理存在诸多困难。因此,本文分别选取不同尺寸的纳米金属镍和不同氧化态的铁作为催化剂,采用基于Reax FF反应力场的分子动力学方法,系统研究了超临界水催化气化技术处理木质素的催化反应机理。不同尺寸的Ni纳米团簇(2.0 nm,3.0 nm和4.0 nm)催化木质素超临界水气化过程中,木质素的解聚涉及β-O-4’键的断裂,主要包含三条反应途径,且Ni催化剂的尺寸会影响β-O-4’键的断裂方式。在开环过程中,Ni催化剂能加速C-O键的裂解,破坏芳香环的共轭π键,加速开环进程。H₂的生成完全发生在Ni催化剂表面。H自由基通过吸附位点的转变逐渐相互靠近,其中...

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 我国能源现状
        1.1.2 生物质资源利用现状
    1.2 木质素的结构及转化技术概述
        1.2.1 木质素的结构
        1.2.2 物理转化法
        1.2.3 热化学转化法
        1.2.4 高级氧化技术
        1.2.5 生物化学转化法
        1.2.6 木质素转化方法的选取
    1.3 超临界水技术
        1.3.1 超临界水的理化性质
        1.3.2 超临界水反应及其特点
        1.3.3 超临界水催化气化技术工艺及现状
    1.4 计算模拟理论
        1.4.1 计算模拟方法介绍
        1.4.2 ReaxFF反应力场的概念
        1.4.3 ReaxFF反应力场的发展与应用
    1.5 选题意义与研究内容
        1.5.1 选题意义
        1.5.2 研究内容
第2章 超临界水催化气化处理木质素过程中镍纳米催化剂的尺寸效应
    2.1 引言
    2.2 计算模拟细节
        2.2.1 模型化合物的选取
        2.2.2 软件模拟方法
        2.2.3 模拟温度的选择
        2.2.4 数据处理方法
    2.3 Ni团簇的尺寸对β-O-4?键断裂的影响
    2.4 Ni团簇的尺寸对芳香化合物开环的影响
    2.5 Ni团簇的尺寸对氢气生成的影响
    2.6 不同尺寸Ni催化剂的稳定性
    2.7 催化剂的性能与尺寸之间的关系
    2.8 小结
第3章 超临界水催化气化处理木质素过程中铁基催化剂的氧化态影响
    3.1 引言
    3.2 计算模拟细节
        3.2.1 软件模拟方法
        3.2.2 数据处理方法
    3.3 不同氧化态的铁基催化剂对GDL降解的影响
    3.4 不同氧化态的铁基催化剂对产物分布的影响
        3.4.1 H₂ 的产量分析
        3.4.2 CO和 CO₂的产量分析
        3.4.3 CH₄ 的产量分析
    3.5 铁基催化剂的活性与氧化态的关系
    3.6 小结
第4章 结论与展望
    4.1 结论
    4.2 创新点
    4.3 展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢



本文编号：3801084