《自由基取代Na與裂解揮發分的耦合機制》是依託哈爾濱工業大學，由劉輝擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：自由基取代Na與裂解揮發分的耦合機制
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉輝
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
定向調控碳基質中鈉的轉化，降低煤焦中鈉含量，可為低階高鈉煤的安全高效利用提供保障，對保證我國基本能源需求意義重大。自由基與CM-Na的協同作用、CM-Na的連線本質及自由基的Na穩定機制是實現調控低階高鈉煤鈉含量及分布位置的關鍵。為此，本課題提出自由基取代Na與裂解揮發分的耦合機制。採用實驗與分子化學計算相結合的方法，通過研究不同自由基作用下CM-Na的轉化途徑及制焦溫度、升溫速率對煤焦中CM-Na鍵連線的影響，獲得CM-Na鍵連線的本質；通過研究不同自由基引發劑與液態Na的作用規律，獲得自由基的Na穩定機制；通過研究水與焦炭的相互作用，分析相應自由基的生成特性。以上研究結果的關聯分析，可為構建合適的碳基質中Na調控氛圍提供理論指導，並可為調控碳基質內Na含量及位置分布提供理論依據。
結題摘要
以低階高鈉煤的熱解和催化氣化過程為研究背景，針對“煤中Na的賦存形態及轉化途徑”、“Na對C-C及C-O鍵連線的影響”、“碳基質與Na連線（CM-Na）的穩定性及預氧化的影響”以及“揮發分/自由基-焦炭相互作用對鈉釋放、揮發分的影響”開展研究，為定向調控碳基質中鈉的轉化過程、提高鈉的催化特性、實現低階高鈉煤的安全高效利用提供理論支撐。 以準東煤為研究對象，獲得CM-Na中的Na賦存形態，研究發現，在600℃以下，主要是水可溶Na與乙酸銨可溶Na之間的轉化，高於600℃時，水可溶Na轉化為不可溶Na。採用量子化學方法研究了扶手椅型和鋸齒型邊緣CM-Na的連線本質，研究表明，Na游離在煤焦的分子表面，π共軛表面與Na以弱相互作用連線。當煤焦與CO2反應，CO2會將O傳遞到Na和C中間形成C-O-Na物質，從而形成穩定的連線。IRC的波函式和鍵級分析等方法研究了Na對C-C及C-O鍵連線的影響。通過Na鹽浸漬研究了不同形態Na對焦炭化學結構的影響，Na使熱解焦表面粗糙化，表面含氧官能團得到穩定，並抑制了熱解焦的石墨化進程。研究了不同溫度下CM-Na的穩定性，通過低溫預氧化來強化CM-Na連線，氧化處理產生的官能團在熱解過程中會與Na結合，並抑制自由基的生成，減少Na的揮發，有利於Na在煤焦中富集，提高催化活性。研究了不同形態Na對熱解揮發分影響，用量化計算的方法分析了H2O煤焦作用的H自由基傳遞機制，採用氧化石墨烯為煤焦模型化合物，揮發分中的自由基促進Na釋放，削弱了CM-Na連線。 在機理研究的基礎上，提出預處理調控高鈉煤中Na轉化及降低熱解階段焦油產量並實現Na在熱解焦富集的兩段氣化技術。
