計(jì)算化學(xué)在生物質(zhì)熱解中的應(yīng)用

魏桂花，李光躍，魯 婷

（華北理工大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院，河北 唐山 063210）

0 引 言

化石資源的日益枯竭，以及對全球環(huán)境氣候的不利影響，已引起人們的廣泛關(guān)注，尋找替代的產(chǎn)品尤為重要。綠色清潔能源的開發(fā)，在實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)和能源轉(zhuǎn)型中發(fā)揮著重要的作用。

生物質(zhì)是自然界中最豐富的綠色可再生資源，具有含氧量高、含氫量低、含碳量低的特點(diǎn)，其主要成分為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。

由生物質(zhì)制備生物燃料和高附加值化學(xué)品的主要轉(zhuǎn)化技術(shù)有燃燒、熱解、氣化、液化等，其中，熱解技術(shù)已成為將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生物碳材料及產(chǎn)品最有潛力的方法之一。

生物質(zhì)熱解是在惰性氣氛下，通過加熱將生物質(zhì)分解。除能獲得生物碳材料外，熱解產(chǎn)生的氣相產(chǎn)品可作為化學(xué)品和燃料的合成氣（CO、CO2、H2等），液相焦油則可以進(jìn)一步提煉成高熱值的燃料或轉(zhuǎn)化為高附加值的化學(xué)品。

目前，國內(nèi)外關(guān)于通過熱解技術(shù)轉(zhuǎn)化生物質(zhì)能已有大量報(bào)道，取得了一系列的研究成果。

熱解反應(yīng)機(jī)理的闡明是更高效、可控的利用生物質(zhì)熱解技術(shù)制備生物燃料和高附加值化學(xué)品的關(guān)鍵與突破點(diǎn)之一，有助于在未來的研究中定向調(diào)節(jié)它們的熱解產(chǎn)物。

但由于在生物質(zhì)熱解過程中，出現(xiàn)的反應(yīng)路徑繁多，產(chǎn)物極為復(fù)雜，中間產(chǎn)物來不及檢測，以及難以對復(fù)雜的熱解產(chǎn)物混合物進(jìn)行識(shí)別和量化等問題，無法得到詳細(xì)的反應(yīng)機(jī)理。

計(jì)算化學(xué)的應(yīng)用能從分子層面獲取微觀結(jié)構(gòu)的變化和反應(yīng)信息，可為研究生物質(zhì)熱解詳細(xì)的反應(yīng)機(jī)理提供新途徑。……