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重质有机资源热解过程中自由基诱导反应的密度泛函理论研究

2021-06-02毕山松郭啸晋王波徐祥赵丽凤刘清雅

燃料化学学报 2021年5期

毕山松,郭啸晋,王波,徐祥,赵丽凤,刘清雅

(1.中国科学院大学,北京100049;2.中国科学院先进能源动力重点实验室(工程热物理研究所),北京100190;3.中国科学院能源动力研究中心,江苏连云港222069;4.北京化工大学化学工程学院,北京100029)

热解反应几乎在所有重质有机资源的热转化过程中均会发生[1,2],因此,针对热解反应进行研究,不仅可帮助深入了解重质有机资源的热解机理、从而优化热解技术本身,而且可以对于其他热转化技术的优化提供支持。然而,从化学结构看,重质有机资源是由数以百计的官能团构成数万甚至数十万分子量的高分子聚合物,在热解过程中通常会发生超过20000个反应[3]。由于原料化学结构难以确定、反应体系庞大,因此,无法使用已成功应用于较简单体系的常规量子化学方法进行模拟。一个合适的策略是对反应物和反应种类进行集总[4,5],建立相对简单的反应体系,以减少计算量而实现预测。研究者通过对重质有机资源中不同共价键分布及其反应行为之间的关联研究[5−14],证实了以共价键作为着眼组分进行热解研究具备可行性。

在100余年的热解反应研究历史中,研究者通过种种实验证实了重质有机资源的热解反应以自由基反应为 主[2,15−19],即在热环 境 下,复 杂烃类的共价键首先发生断裂形成自由基,随后自由基作为活性组分发生后续反应而生成中间产物乃至最终形成产物。热解中的自由基反应遵从链式反应机制[1,17],即包含链引发、链传递和链终止三个过程。……

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