基于分子动力学模拟的轮胎橡胶气相热解产物反应机理

运用分子动力学的方法,对轮胎橡胶的热解过程进行了模拟,并结合模拟结果和密度泛函数对其气相产物的反应路径进行推测计算。模拟结果表明,热解过程主要分为两个阶段,低温热解阶段发生的主要反应是橡胶长链断裂形成单体,主要产物为异戊二烯、苯乙烯和1,3-丁二烯;高温热解阶段发生的主要反应是单体进一步生成小分子气体,产物中CH₄、H₂、C₂H₄占大部分,还有少量C₂H₆、C₃H₆。其中CH₃·攻击异戊二烯和苯乙烯单体夺取特定位置的H·是生成CH₄的最优路径,H·攻击苯乙烯单体夺取特定位置的H·是生成H₂的最优路径,CH₂CH·攻击1,3-丁二烯单体夺取特定位置的H·是生成CH₂CH₂的最优路径。本文还将热解产物分别跟天然橡胶单独热解和天然橡胶与丁苯橡胶共热解的热解产物做对比,为废旧轮胎橡胶热解得到特定的气相产物和催化热解提供理论依据。     

K和Ca元素对生物质快速热解瞬态轻烃及含氧气体的影响

K、Ca元素以无机态和有机态的形式赋存于生物质内,影响着生物质热解过程中木质素、纤维素及半纤维素分子的断链及解聚过程,进而一定程度地影响着生物质热解气相产物形成与转化。热解反应过程中中间瞬态产物作为气体合成的中间产物对于热解反应最终气相产物的形成具有极为重要的研究意义。将生物质（稻壳）进行了酸洗处理,再定向负载K、Ca元素,利用Py-GC/MS在500~900℃热解温度下,对生物质原料进行了快速热解的实验研究。利用气相色谱质谱仪（GC/MS）对进样延迟时间为20 s时生物质快速热解瞬态轻烃及含氧气态组分的种类及含量进行了在线半定量分析,从而进一步表征了K和Ca元素对生物质快速热解气相组分的影响以及热解反应过程中气相中间产物的形成转化机制。研究结果表明：低温条件下（≤600℃）,H-form、K-loaded和Ca-loaded生物质快速热解瞬态气体产物以CO、CO₂、CH₄为主,K与Ca元素促进了生物质热解CO与CO₂的生成。高温条件下（≥700℃）,C₃H₆成为20 s瞬态热解过程的主要气相产物,Ca元素对C₃（C₃H₆）等物质的形成具有一定的促进作用,而K元素一定程度上抑制了C₃H₆的生成。     

联合发射光谱与动力学计算的非热等离子体重整CO2-CH4机理

非平衡等离子体重整CO₂-CH₄制合成气是实现2种温室气体资源化利用的新兴技术途径。综合采用发射光谱分析、反应动力学计算和连续质谱对常温常压介质阻挡放电(DBD)非热等离子体重整CO₂-CH₄反应途径进行探索。比功率S_EI为52 J/cm³时,可得到CH₄和CO₂转化率最大分别为22.8%和9.4%。稳态气相产物连续质谱在线分析表明,C₂H₄为C₂烃生成重要中间体,CH₄比例越高C₂烃生成量越大,且按C₂H₆2H₄2H₂顺序升高。发射光谱检测到·CH、·C₂自由基和CO、CO■特征谱线,·CH相对强度随比功率增加明显降低,CO■相对强...     

基于分子动力学模拟研究蒙脱石对油页岩干酪根热解产物分布的影响

基于反应力场(ReaxFF)的分子动力学模拟方法，研究了绿河油页岩干酪根在蒙脱石存在下的热解反应过程，分析了不同温度下热解的产物分布及矿物质与有机质之间的非键作用特征。通过对比有无蒙脱石热解体系在升温过程中产物分布特征，验证了蒙脱石对干酪根热解具有很强的促进作用，能降低体系的热解反应温度和拓宽反应的温度跨度，蒙脱石的存在能使干酪根热解反应中轻质油组分增加及重质油组分减少。一系列特征温度下的恒温模拟结果表明，加入蒙脱石进行热解可以增加小分子片段产率，抑制高温下大分子片段发生聚合反应。蒙脱石对油页岩干酪根热解促进机制是由吸附作用引起的，体现在干酪根和蒙脱石之间存在巨大的非键作用力，以范德华(VDW)相互作用为主，与干酪根片段C₁₈H₃₀,C₁₈H₃₈,C₂₀H₄₂和C₄₅H₆₀O相比，蒙脱石与片段C₇₅H₁₁₈O₅N₄,C     

CH4/C2H6/C3H8在MOF-505@5GO上吸附相平衡和选择性

应用溶剂热法合成了不同氧化石墨烯（GO）负载量的MOF-505@GO复合材料,分别采用全自动表面积吸附仪、P-XRD、SEM和Raman对材料进行了性能表征,测定了CH₄、C₂H₆和C₃H₈在MOF-505@GO上的吸附等温线,并进行Langmuir-Freundlich方程拟合,依据IAST理论模型计算了C₂H₆/CH₄和C₃H₈/CH₄二元混合气在MOF-505@5GO上的吸附选择性。研究结果表明,随着GO负载量增大,MOF-505@GO复合材料的孔容及BET比表面积先增大后减小,当GO负载量为5%（质量）时,复合材料MOF-505@5GO的孔容及BET比表面积达到最大,当GO负载量进一步增大至8%（质量）和10%（质量）时,复合材料的孔容及BET比表面积逐渐降低。在0.1 MPa和298 K条件下,MOF-505@5GO对CH₄、C₂H₆和C₃H₈的吸附容量分别为0.88、4.81和5.17 mmol·g^-1,相比MOF-505分别提高了14.9%、30.7%和13.1%。MOF-505@5GO对C₂H₆/CH₄和C₃H₈/CH₄的吸附选择性分别为40.1和3056.1,其对C₂H₆/CH₄和C₃H₈/CH₄具有极高的吸附选择性。     

含油污泥各组分热解相互作用的反应力场模拟研究

含油污泥中石油烃组分复杂,仅靠产物的宏观分析结果难以揭示热解过程组分之间的相互作用。以正十二烷、1-十二烯、甲基环己烷、对二甲苯和1-甲基萘五种化合物分别代表含油污泥中石油烃的链烷烃、链烯烃、环烷烃、单环芳烃和多环芳烃五种组分,构建含油污泥石油烃的模型化合物。采用基于反应力场的分子动力学模拟方法,研究了热解过程中的产物分布及各组分之间的相互作用。结果表明,模型化合物热解产物以H₂和C_1~3的小分子化合物为主,热解前期主要为C₂H₄、C₃H₆,热解后期主要为C₂H₂、C₃H₄和H₂。相对于模型化合物中各组分单独热解,混合热解过程中石油烃各组分的消耗速率明显加快,且热解产物的片段数也有一定程度的增加。根据一级反应动力学模型,石油烃各组分在混合热解过程中的表观活化能有不同程度降低,其中链烷烃、链烯烃和环烷烃的表观活化能分别降低了16.493 kJ/mol、50.571 kJ/mol和146.289 kJ/mol,这从分子模拟层面证明了含油污泥石油烃各组分之间热解的协同作用。     

基于分子反应动力学模拟的六甲基二硅氧烷热解机理研究

六甲基二硅氧烷是燃烧合成高纯二氧化硅纳米颗粒的重要前体,采用ReaxFF分子动力学模拟方法研究其高温热解过程,讨论了三种不同反应力场对模拟的影响并分析其可靠性,选择其中最合适的力场开展不同温度与压力下的热解产物分析,结合气相色谱实验,揭示六甲基二硅氧烷的热解路径和机理。结果表明,反应力场对ReaxFF分子动力学模拟有重要影响,通过比较分析获得了最佳反应力场,六甲基二硅氧烷的初始热解反应为Si—C键断裂导致的CH₃脱离,温度升高会加剧解热反应的发生且使产物趋向于碎片化,热解的主要产物为CH₃、CH₄、C₂烃、H₂、CH₂O等小分子以及SiH₄、SiH₂、CH₄Si等含硅化合物。压力的改变会造成热解体系浓度的改变,从而影响分子间相互碰撞概率和反应的发生,压力越大则越容易形成稳定的热解产物。     

基于分子反应动力学模拟的六甲基二硅氧烷热解机理研究

六甲基二硅氧烷是燃烧合成高纯二氧化硅纳米颗粒的重要前体,采用ReaxFF分子动力学模拟方法研究其高温热解过程,讨论了三种不同反应力场对模拟的影响并分析其可靠性,选择其中最合适的力场开展不同温度与压力下的热解产物分析,结合气相色谱实验,揭示六甲基二硅氧烷的热解路径和机理。结果表明,反应力场对ReaxFF分子动力学模拟有重要影响,通过比较分析获得了最佳反应力场,六甲基二硅氧烷的初始热解反应为Si—C键断裂导致的CH₃脱离,温度升高会加剧解热反应的发生且使产物趋向于碎片化,热解的主要产物为CH₃、CH₄、C₂烃、H₂、CH₂O等小分子以及SiH₄、SiH₂、CH₄Si等含硅化合物。压力的改变会造成热解体系浓度的改变,从而影响分子间相互碰撞概率和反应的发生,压力越大则越容易形成稳定的热解产物。     

热通道内典型碳氢燃料的热解结焦行为

燃料分子结构是影响主动冷却通道内热解结焦过程的重要因素。在预氧化的STS304(Φ3.0 mm×0.5 mm×1.0 m)流动反应管内,600～800℃、1.0 MPa下对比了正庚烷(n C₇H₁₆)、异庚烷(i C₇H₁₆)、甲基环己烷(MCH)、正十二烷(n C₁₂H₂₆)、甲苯(A₁CH₃)的热解结焦行为。实验定量获取了热解气液产物并计算了燃料反应热沉,通过称重法对比了非稳态结焦特性和沿程结焦分布规律。结果表明,较低温度650℃下链烷烃的转化率较高,环烷烃次之,A₁CH₃在高于775℃转化率骤增。低温下MCH和n C₁₂H₂₆结焦速率较低,高温下MCH和A₁CH₃的结焦速率显著提高。直链烷烃裂解双烯含量最高,稳定的环状结构均有利于提供高热沉。i C₇H     

基于PY-GC/MS的生物质组分间相互作用的热解实验

为研究生物质三组分间热裂解过程中的相互作用,利用热裂解-气相色谱/质谱联用仪（PY-GC/MS）联用的方法,对纤维素、木聚糖（半纤维素的模化物）和木质素进行单独热裂解及两两组分混合热裂解实验。单组分实验结果表明,在热解温度600℃、热解时间10s条件下纤维素的热解产物主要以左旋葡聚糖为主,木聚糖以乙酸和糠醛为主,而木质素主要以酚类物质为主。组分混合热裂解实验结果表明,纤维素促进了木聚糖热裂解生成更多的乙酸和糠醛,而木聚糖和木质素对纤维素热解生成左旋葡聚糖具有强烈的抑制作用;纤维素和木聚糖的存在大大促进了木质素热裂解生成酚类物质,而木质素抑制了木聚糖热裂解生成乙酸和糠醛。此外,研究还发现混合组分热解的相互作用受到热解温度和停留时间的影响。     

Non-oxidative reaction of CBrF3 with methane over NiZSM-5 and HZSM-5

Catalytic hydrodehalogenation of CBrF₃ with methane was studied over NiZSM-5 and HZSM-5 in tubular reactor between 573 and 873 K and at ambient pressure. It was found that the incorporation of nickel into HZSM-5 significantly enhanced the activity of the zeolite. A variety of products were formed during reaction, including CH₃Br, CHF₃, CH₂Br₂, C₂F₆, C₂H₄, C₂H₂, C₂H₂F₂, CHBrF₂, CH₂BrF, and C₂H₃Br. XRD analysis showed that these two zeolite catalysts did not suffer any loss in their crystallinity during use. Deactivation of both NiZSM-5 and HZSM-5 may, in part, be due to poisoning of the zeolite by halogens. Coking is another cause of the deactivation of HZSM-5, but appears to play a minor role in NiZSM-5 deactivation. A series of methylated silicone oils was detected during reaction over NiZSM-5.     

C2H6/C3H8影响CH4爆炸极限参数及动力学特性研究

为研究C₂H₆/C₃H₈对甲烷爆炸极限参数及动力学特性的影响,采用标准的可燃气体爆炸极限测定装置测定了不同配比的C₂H₆/C₃H₈混合气体对甲烷爆炸极限的影响规律,同时得出了氮气惰化条件下甲烷爆炸临界参数的变化规律。此外,利用Chemkin软件模拟了C₂H₆/C₃H₈混合气体对甲烷爆炸过程中中间产物浓度的影响情况,并进行了敏感性分析。结果表明,C₂H₆/C₃H₈的存在降低了甲烷的爆炸上下限,增大了甲烷的爆炸危险度;在氮气惰化过程中甲烷的爆炸上限下降,爆炸下限上升,最终爆炸上下限重合,重合点处甲烷浓度和氮气临界浓度均随C₂H₆/C₃H₈的添加而逐渐减小;此外,C₂H₆/C₃H₈混合气体使甲烷爆炸过程中CO和·H的生成量逐渐增大,而CO₂、·O和·OH的生成量则有下降趋势,通过对爆炸过程中甲烷体积的敏感性分析,发现C₂H₆/C₃H₈的存在在某种程度上促进了甲烷爆炸。对比不同配比的C₂H₆/C₃H₈混合气体,发现C₃H₈含量越高,其对甲烷爆炸过程中相关参数的影响越大,这可为工矿企业的安全生产提供一定的理论依据。     

富勒烯对甲基苯胺衍生物的合成及其对硝化棉安定性的影响

以富勒烯(C₆₀)、溴素(Br₂)、八溴富勒烯(C₆₀Br₈)及对甲基苯胺(C₇H₉N)为原料,经两步反应合成了富勒烯对甲基苯胺衍生物C₆₀(NC₆H₄CH₃)_n;采用核磁共振碳谱(¹³C-NMR)、质谱(MS)、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)以及紫外-可见光分光光度计(UV-Vis)对合成得到的富勒烯对甲基苯胺衍生物结构进行了表征;采用差热分析(DTA)、真空安定性测试(VST)、热重分析(TGA)、甲基紫实验等热分析方法,并结合电子顺磁共振波谱法研究了富勒烯对甲基苯胺衍生物与硝化棉的相互作用规律和机理。结果表明,富勒烯对甲基苯胺衍生物将甲基紫试纸的变色时间由56min延长至95min;将单位质量硝化棉热分解释放的气体量由2.67mL/g降至1.46mL/g;将硝化棉的热失重率由17.17%降至5.46%;当富勒烯对甲基苯胺衍生物的质量浓度为0.76g/L时,其对氮氧自由基的清除率达到50%。表明富勒烯对甲基苯胺衍生物提高了硝化棉的安定性,且安定性能明显优于传统安定剂DPA和C2。     

基于FTIR分析的稻草热解机理

The pyrolysis mechanism of rice straw (RS) was investigated using a tube reactor with Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy and thermogravimetric analyzer. The results show that the maximum pyrolysis rate increases with increasing heating rate and the corresponding temperature also increases. The three-pseudocomponent model could describe the pyrolysis behavior of rice straw accurately. The main pyrolysis gas products are H2O, CO2, CO, CH4, HCHO (formaldehyde), HCOOH (formic acid), CH3OH (methanol), C6H5OH (phenol), etc. The releasing of H2O, CO2, CO and CH4 mainly focuses at 220-400°C. The H2O formation process is separated into two stages corresponding to the evaporation of free water and the formation of primary volatiles. The release of CO2 first increases with increasing temperature and gets the maximum at 309°C. The releasing behavior of CO is similar to H2O and CO2 between 200 and 400°C. The production of CH4 happens, compared to CO2 and CO, at higher temperatures of 275-400°C with the maximum at 309°C. When the temperature exceeds 200°C, hydroxyl and aliphatic C H groups decrease significantly, while C O, olefinic C C bonds and ether structures increase first in the chars and then the aromatic structure develops with rising temperature. Above 500°C, the material becomes increasingly more aromatic and the ether groups decreases with an increase of temperature. The aromatization process starts at ≈350°C and continues to higher temperatures.     

油茶壳热解的TG-FT-IR分析及动力学研究

采用热重红外联用(TG-FT-IR)技术考察了油茶壳的热解规律,并选择2种无机制函数积分法Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)法和Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法探讨油茶壳热解动力学。结果表明:油茶壳的热解过程可分为4个阶段:脱水、半纤维素热解、纤维素热解和木质素的二次热解。热解挥发分主要有H₂O、CO₂、CO和CH₄,以及一些醛类、酸类、酮类有机物,且热解温度不同各组分的含量不同。KAS法和FWO法计算出的油茶壳热解活化能基本一致,均随着转化率的增大而增加。     

Synthesis of C2H4 by partial oxidation of CH4 over LiCl/NiO

Alkali halide added transition metal oxides produced ethylene selectively in oxidative coupling of methane. The role of alkali halides has been investigated for LiCl-added NiO (LiCl/NiO). In the absence of LiCl the reaction over NiO produced only carbon oxides (CO₂ + CO). However, addition of LiCl drastically improved the yield of C₂ compounds (C₂H₆ + C₂H₄). One of the roles of LiCl is to inhibit the catalytic activity of the host NiO for deep oxidation of CH₄. The reaction catalyzed by the LiCl/NiO proceeds stepwise from CH₄ to C₂H₄ through C₂H₆ (2CH₄ → C₂H₆ → C₂H₄). The study on the oxidation of C₂H₆ over the LiCl/NiO showed that the oxidative dehydrogenation of C₂H₆ to C₂H₄ occurs very selectively, which is the main reason why partial oxidation of CH₄ over LiCl/NiO gives C₂H₄ quite selectively. The other role of LiCl is to prevent the host oxide (NiO) from being reduced by CH₄. The catalyst model under working conditions was suggested to be the NiO covered with molten LiCl. XPS studies suggested that the catalytically active species on the LiCl/NiO is a surface compound oxide which has higher valent nickel cations (Ni^(2+δ)+ or Ni³⁺). The catalyst was deactivated at the temperatures>973 K due to vaporization of LiCl and consumption of chlorine during reaction. The kinetic and CH₄---CD₄ exchange studies suggested that the rate-determining step of the reaction is the abstraction of H from the vibrationally excited methane by the molecular oxygen adsorbed on the surface compound oxide.     

Boosting selective C2H2/CH4, C2H4/CH4 and CO2/CH4 adsorption performance via 1,2,3-triazole functionalized triazine-based porous organic polymers

Nitrogen-rich porous organic polymers have shown great potentials in gas adsorption/separation, photocatalysis, electrochemistry, sensing and so on. Herein, 1,2,3-triazole functionalized triazine-based porous organic polymers (TT-POPs) have been synthesized by the copper-catalyzed azide-alkyne cycloaddition (Cu-AAC) polymerization reactions of 1,3,5-tris(4-azidophenyl)-triazine with 1,4-diacetylene benzene and 1,3,5-triacetylenebenzene, respectively. The characterizations of N₂ adsorption at 77 K show TT-POPs possess permanent porosity with BET surface areas of 666 m²·g^-1 (TT-POP-1) and 406 m²·g^-1 (TT-POP-2). The adsorption capacities of TT-POPs for CO₂, CH₄, C₂H₂ and C₂H₄, as well as the selective separation abilities of CO₂/N₂, CO₂/CH₄, C₂H₂/CH₄ and C₂H₄/CH₄ were evaluated. The gas selective separation ratio of TT-POPs was calculated by the ideal adsorbed solution theory (IAST) method, wherein the selective separation ratios of C₂H₂/CH₄ and C₂H₄/CH₄ of TT-POP-2 was 48.4 and 13.6 (298 K, 0.1 MPa), which is comparable to other adsorbents (5.6-120.6 for C₂H₂/CH₄, 10-26 for C₂H₄/CH₄). This work shows that the 1,2,3-triazole functionalized triazine-based porous organic polymer has a good application prospect in natural gas purification.