聚氯乙烯的热解特性和热解动力学研究

随着聚氯乙烯的大量使用,聚氯乙烯在总固体废弃物中占的比例愈来愈高,成为固体废弃物中的重要组分.如何科学、合理、有效地妥善解决聚氯乙烯问题是当前一项急待解决的重要课题.……     

典型烟煤热解机理的反应动力学模拟

建立合理有效的烟煤大分子模型,采用基于反应力场(Reactive Force Field,ReaxFF)的分子动力学方法模拟1400-2600 K典型烟煤的热解过程,得出产物分布和中间自由基的演变历程。研究表明,随着热解温度的升高,焦炭产量先增加后降低,焦油产量的变化趋势与焦炭相反,热解气产量单调增加。煤在低温下热解主要发生一次反应,生成焦油自由基碎片和小分子气体;高温下焦油碎片的二次反应显著,生成含量较多但数量较少的焦炭及含量与数量较多的小分子气体。2000 K是一次反应向二次反应的温度转折点。在高温热解时,煤中的C与H逐渐迁移到焦炭和焦油中,而含氧官能团较为活跃,O逐渐迁移到热解气中。二次反应阶段,O最活泼,H次之,C最稳定。热解过程中最先产生的气体是H2O; NH3主要来源于二次反应; H2S在二次反应阶段被消耗转化为其他产物; H2产量最多,且随热解温度升高而增加,尤其在二次反应中大量生成,主要源于裂解产生的氢自由基碰撞和芳香结构的缩合。基于ReaxFF模拟结果得到煤热解失重活化能为39. 45 k J/mol。     

典型烟煤热解机理的反应动力学模拟

建立合理有效的烟煤大分子模型，采用基于反应力场（Reactive Force Field，ReaxFF）的分子动力学方法模拟1400-2600 K典型烟煤的热解过程，得出产物分布和中间自由基的演变历程。研究表明，随着热解温度的升高，焦炭产量先增加后降低，焦油产量的变化趋势与焦炭相反，热解气产量单调增加。煤在低温下热解主要发生一次反应，生成焦油自由基碎片和小分子气体；高温下焦油碎片的二次反应显著，生成含量较多但数量较少的焦炭及含量与数量较多的小分子气体。2000 K是一次反应向二次反应的温度转折点。在高温热解时，煤中的C与H逐渐迁移到焦炭和焦油中，而含氧官能团较为活跃，O逐渐迁移到热解气中。二次反应阶段，O最活泼，H次之，C最稳定。热解过程中最先产生的气体是H₂O；NH₃主要来源于二次反应；H₂S在二次反应阶段被消耗转化为其他产物；H₂产量最多，且随热解温度升高而增加，尤其在二次反应中大量生成，主要源于裂解产生的氢自由基碰撞和芳香结构的缩合。基于ReaxFF模拟结果得到煤热解失重活化能为39.45 kJ/mol。     

生物油重质组分模型物热解行为及其动力学研究

采用TG-FT-IR在非等温条件下对生物油重质组分酚、醛和糖类模型代表物(丁香酚、香草醛、左旋葡聚糖)进行热解特性及其热解动力学分析。TG-DTG曲线和FT-IR测试数据显示,重质组分模型物热解的先后次序是酚类、醛类、糖类物质。香草醛、丁香酚均为一个主热解阶段,主要产物为水、烷烯烃、CO₂、CO和小分子酚、芳香醛。左旋葡聚糖热解分两阶段进行,热解发生在较高温区(180~370℃),主要热解产物有CO₂、烷烯烃、醛、酮和环醚,少量的CO和水。混合物热解分为三个阶段,产物与单一模型物热解产物相似,但有少量缩醛低聚物。对比单一组分,混合物中羰基和羟基组分在较高温区(≥300℃)存在相互作用,生成难分解的缩聚物。其中,糖类是影响重质组分热解速率的主要物质。根据热重数据对热解各阶段进行动力学拟合,确定了模型物热解反应动力学三因素。平均表观活化能和反应级数分别为:E_{左旋葡聚糖}第一、第二阶段分别为115.80 kJ/mol(0.5级)、141.19 kJ/mol(2/3级); E_混合物第一阶段为54.46 kJ/mol(1级)、第二阶段为50.67 kJ/mol(2/5级); E_丁香酚为42.29 kJ/mol(0.7级); E_香草醛为36.53 kJ/mol(0.95级)。     

印刷电路板中环氧树脂热解的ReaxFF反应动力学模拟

采用ReaxFF动力学方法模拟了非交联固化环氧树脂在不同温度和升温速率下的热解特性. 结果表明, 含N和含O桥键的断裂是热解的引发反应. 观察到H₂O的4种主要的生成途径, 而这些反应途径都涉及到含羟基的前驱体. 当反应温度较低时, H₂O为热解的主要产物. 而在高温条件下, 热解的主要产物为H₂, 它主要为分子内/分子间脱氢反应和氢自由基的夺氢反应的产物; 高温同时促进了含石墨烯结构且分子量较大的碳团簇的形成. 除此之外, 还观察到了CH₄, HCN, NH₃和CO等小分子产物. 本文用ReaxFF动力学方法模拟所得的气体产物以及含类似石墨烯结构的碳团簇与实际实验结果一致, 说明ReaxFF动力学方法能为从分子水平上研究有机物高温热解反应提供了一种有效的途径.     

油页岩热解过程矿物质行为分析

采用XRD、SEM、灰成分测定等方法对桦甸两个矿区的油页岩样品以及制备的半焦样品矿物质组成进行了分析,确认其主要成分均为,石英、方解石和黏土矿物。而半焦中矿物组成反映了油页岩中矿物质在热解中的变化。研究表明,在热解过程中油页岩中矿物质变化细微,其中,石英、长石没有变化;方解石有微量分解,生成的固体产物CaO与黄铁矿分解的硫反应生成CaS矿物;黏土矿物质受热脱除羟基,放出大量水分,同时分解产生的无定形玻璃体氧化硅与其他金属形成低熔点的共融物,导致部分半焦样品颗粒表面出现熔融态囊状结构。     

AgBr@ZnO复合光催化剂的制备及光催化性能和反应动力学模拟

利用原位生长法制备了一系列不同AgBr含量的AgBr@ZnO复合光催化剂,采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis)等手段对所制备的光催化剂进行了表征,并考察了AgBr@ZnO在可见光下光催化降解亚甲基蓝溶液的光催化性能。研究表明,AgBr均匀负载在ZnO表面,且复合光催化剂表现出比纯ZnO更高的光催化活性。当复合AgBr含量为10%时,所制备的复合光催化剂的光催化活性最佳,光反应240 min后对MB的降解率可达82.3%。所制备的复合光催化剂可见光下降解亚甲基蓝遵循一级反应动力学。     

金纳米颗粒周围水的结构和动力学性质的分子动力学模拟

采用经典的分子动力学模拟方法系统地研究了在常温条件下金纳米颗粒周围水的结构与动力学性质. 结果表明, 水分子在纳米颗粒附近形成了明显的多层结构. 同时随着径向距离的减小, 水分子的空间取向也从无序排列趋向于有序排列. 通过分析界面处不同水层中的均方位移及停留时间分布, 发现紧贴颗粒表面的第一和第二水层中的水分子表现出很低的扩散系数, 而第三和第四水层中的水分子则能够轻易地离开界面区域而进入主体相区域. 此外, 在界面处的每个水分子的氢键平均数要高于在主体相的平均值.     

水溶液中嵌段共聚物的耗散颗粒动力学模拟

用耗散颗粒动力学(dissipative particle dyanmics)模拟方法研究了Pluronic L64(PL64)和Pluronic 25R4(25R4)三嵌段共聚物水溶液中的介观相分离,模拟了聚合物聚集的动力学变化过程. 结果发现,在水溶液中,不同浓度的聚合物溶液表现出不同的介观结构,如分散相、球形胶束、双连续相(bicontinuous)等；而Pluronic L64在低浓度时更容易形成双连续相. 耗散颗粒动力学模拟可以作为实验的一个辅助,提供介观层次上的信息,对实验起到指导作用.     

封闭型简单反应系统中复杂动力学行为的模拟

研究了一个只涉及双分子反应步骤(A+B→C+D, B+C→2B)和单分反应步骤(B→p, E→A, G→B, A→D, C→P)的封闭反应系统的动力学行为, 尤其是各种状态之间的跃迁行为. 在用准定态分析方法得到的准定态分岔图的基础上, 进行了大量的数值模拟, 模拟结果和难定态分岔图预言的结果基本一致. 这些结果能定性解释近年来在封闭反应体系中发现的各种动力学现象, 如化学振荡, 多重稳定性以及定态激发现象等。     

废旧电视机塑料外壳热解过程的热重动力学分析

对废旧电视机塑料外壳进行红外光谱分析,得出塑料的主要成分为聚苯乙烯;用热重法研究了其热解反应动力学,确定了动力学参数,得出废旧电视机塑料外壳热解反应大体可以分为3个阶段：低温阶段（质量损失率10％～20％）、中温阶段（质量损失率30％～70％）及高温阶段（质量损失率80％～90％）。低温阶段废旧电视机塑料外壳的活化能在150kJ·mol^-1左右,可认为是零级反应;中温阶段其活化能在200kJ·mol^-1左右,可认为是一级反应;高温阶段活化能显著增大,而且随着质量损失率的提高,反应偏离一级反应的程度越大。     

油纸复合介质中水分子扩散行为的分子动力学模拟

对不同温度下水分子在油纸复合介质中的扩散行为进行了分子动力学模拟研究. 通过分析水分子与纤维素形成的氢键发现, 油中的水分子在模拟过程中会逐渐扩散到纤维素内并与之形成氢键, 而纤维素内的水分子则与纤维素形成氢键后被束缚于纤维素中. 通过分析水分子的扩散系数发现, 由于油和纤维素的极性不同, 使得水分子在油和纤维素两种单介质中的扩散行为有较大差别, 而在复合介质中的扩散系数受水分子在油和纤维素中的比例影响较大, 两者表现出很强的相关性. 水分子和两介质的相互作用与两介质的极性也存在很大的关系, 且不同温度下水分子与两介质的相互作用能和水分子在油和纤维素中的比例也表现出了较强的相关性. 不同温度下水分子的不同分布弱化了温度对扩散系数的影响.     

核糖核酸酶Sa表面水和尿素分子的分布和动力学行为的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟研究了在不同尿素浓度下,核糖核酸酶Sa(RNase Sa)表面水和尿素分子的分布和动力学行为。 结果表明,尿素分子可与RNase Sa酶形成较强的相互作用,并取代其表面的水分子而富集在蛋白质表面。 尿素分子更倾向与RNase Sa酶的疏水残基作用,与RNase Sa酶主链形成氢键的能力更强。 尿素分子的平动和转动远远慢于水分子的平动和转动。 RNase Sa酶表面水分子的平动和转动随着尿素浓度增加而逐渐变慢,但RNase Sa酶表面尿素分子的动力学并不依赖于尿素浓度变化。 本研究中明晰的RNase Sa酶表面水和尿素分子分布和动力学有助于理解水和尿素分子对蛋白质稳定性的影响。     

N2O分解反应中复杂动力学行为的模拟

在多相催化反应中，自ZO多年前第一次在实验中观察到反应的振荡现象以来，现已发现在许多催化反应中都存在振荡现象山．N。O分解是一个振荡反应问．我们在用MonteCarloMC）方法研究N20分解反应机理时，曾发现反应速率和表面覆盖度在一定条件下都会出现振荡现象＊．非统性理论的研究表明，体系内部只要存在非线性的相互作用就可能表现出一些复杂的动力学行为，如振荡和混饨等．N。O分解反应中的振荡行为，也是由于体系内部非线性相互作用的结果·本文用非线性动力学的方法研究N。O分解反应中表面氧覆盖度的振荡行为，发现振荡在一定条…     

碱及碱土金属对准东煤热解特性及动力学影响分析

利用程序升温热重(TG)技术对准东原煤(R-form)和酸洗煤(H-form)样品的热解过程进行了研究,同时,采用分布活化能模型(DAEM)法对两者的热解动力学参数进行了计算。结果表明,准东煤在热解过程中保持了丰富的孔隙结构;碱及碱土金属(AAEM)的存在不会对准东煤大分子网络结构造成显著影响,但会提高准东煤的平衡水分含量及二次脱气阶段挥发分释放速率,降低其主热解阶段挥发分释放速率及热解最终失重率;DAEM法可以在较宽的温度范围内对准东煤的热解过程进行准确的描述,R-form和H-form煤样品的热解活化能均随转化率的增大而升高;相同转化率下R-form煤样品的活化能高于H-form,前者活化能分布函数的最大值出现在261.85kJ/mol处,而后者出现在264.51kJ/mol处;AAEM的存在使准东煤的热解活化能升高且分布更加集中,使其热解反应活性降低;准东煤热解的频率因子与活化能之间呈现明显的动力学补偿效应。     

氧化锌颗粒脱硫中固体扩散的动力学分析

用电子探针显微分析 (EPMA)对ZnO基脱硫剂的脱硫颗粒径向硫分布行为进行了考查 ,对颗粒最外层粒子的实验结果分别用未反应收缩核模型及改良收缩核模型进行了动力学处理 ,给出了固体扩散活化能的参数估值。通过与热重研究的比较 ,进一步证实了固体粒子扩散的作用。     

颗粒系统成核、长大、聚并微观行为的模拟

针对描述多相体系中成核、长大、聚并微观过程的群体平衡方程,提出了一种可以跟踪任意数目矩的定点矩方法。为便于方法处理,将间歇式和连续式两种不同操作过程下的群体平衡方程写成统一形式,并利用权值残差法导出统一形式矩方程,实现了两种操作条件下矩的直接跟踪。将数值密度函数简化为连续Dirac Delta函数加权和,将积分或微分转化为连续求和。对连续式操作下的成核、长大微观过程和间歇式操作条件下的聚并、长大微观过程模拟结果表明：该方法具有较高数值精度,与分析解的相对误差在10^-8％以内。对无分析解间歇式操作过程中成核、聚并、长大复合微观过程模拟,重现了复合过程微观行为,说明该算法的可行性。     

基于详细机理动力学的费-托合成单颗粒催化剂模拟 Ⅱ.扩散反应行为及活性分布

 在催化剂颗粒模型化的基础上,考察了费－托合成多重反应体系\r\n中球型催化剂的颗粒尺寸、操作条件及反应物在催化剂颗粒内的扩散－\r\n反应行为等对反应性和选择性的影响．基于工业应用催化剂的考虑,从\r\n催化剂活性非均匀分布的角度,分析了蛋壳型催化剂应用于费－托合成\r\n的合理性．     

正癸烷热裂解实验和动力学模拟

采用自制常压裂解装置, 研究了正癸烷在温度范围为973-1123 K, 停留时间为0.5-2 s时, 热裂解主要气相产物氢气、甲烷和乙烯的分布情况. 根据自主开发的机理生成软件ReaxGen, 构建了正癸烷热裂解的详细机理, 该机理包含1072步反应和281个物种. 进一步进行动力学模拟, 并用实验结果进行了初步验证. 结果表明, 在反应的温度区间内, 短的停留时间有利于乙烯和氢气的生成. 通过敏感度分析, 确定了常压下973 K, 停留时间为1 s时影响氢气、甲烷和乙烯产量的主要反应步骤是烷基的重排和β裂解反应.