海底充油电缆的安全稳定运行至关重要,但内部的十二烷基苯(DDB)绝缘油在热故障导致的局部高温下会快速热解和产气。基于反应分子动力学模拟(Reax FF-MD)和热重-红外光谱(TG-IR)实验,对十二烷基苯绝缘油的热解和产气过程进行探究。热解...海底充油电缆的安全稳定运行至关重要,但内部的十二烷基苯(DDB)绝缘油在热故障导致的局部高温下会快速热解和产气。基于反应分子动力学模拟(Reax FF-MD)和热重-红外光谱(TG-IR)实验,对十二烷基苯绝缘油的热解和产气过程进行探究。热解模拟结果表明:十二烷基苯分子初始裂解反应主要为C—C键的断裂产生长链大分子,后逐渐热解产生小烷基自由基和烯烃分子,DDB最终会热解为侧链为·C_(2)H_(5)、·CH_(3)和·C_(3)H_(7)基团的短链烷基苯分子。热解过程中主要特征气体为C_(2)H_(4)、H_(2)、CH_(4),与IR实验结果相同,特征气体生成的主要反应机理分别为:β位C—C键的断裂、加氢反应和脱氢反应;·H自由基攻击其他自由基上的H原子;甲基自由基(·CH_(3))与游离的氢(·H)自由基反应。动力学结果表明TG实验与Reax FF-MD的活化能分别为86.606 k J/mol以及99.867 k J/mol,相近的活化能进一步验证了仿真结果的合理性。研究结论为深入了解十二烷基苯绝缘油的裂解和产气机理提供了理论支持。展开更多
Wastewater from the thermochemical conversion of coal and biomass contains a significant amount of phenolic structures compounds.The degradation of these phenolic compounds to hydrogen-rich gasses can prevent envi-ron...Wastewater from the thermochemical conversion of coal and biomass contains a significant amount of phenolic structures compounds.The degradation of these phenolic compounds to hydrogen-rich gasses can prevent envi-ronmental pollution and save energy.Supercritical water(SCW)gasification of phenol is experimentally studied and a reactive force field molecular dynamics(ReaxFF-MD)simulation is conducted to investigate the catalytic mechanism of Ni/Al2 O3 in the phenol degradation.The experimental results indicate that Ni/Al2 O3 facilitates the conversion of phenol to 1-ethoxy butane via ring opening,which is a crucial step for complete gasification.The ReaxFF-MD simulation demonstrated that Ni facilitates the formation of H3 O free radicals and Ni-phenol inter-mediates.H3 O free radicals can be decomposed into H2 and OH free radicals.Both the generated OH free radical and Ni-phenol intermediate promote the ring-opening reaction of phenol.Ni promotes the direct decomposition of phenol into C1,C2,and C3 fragments,which is beneficial for further complete gasification.展开更多
为应对煤电行业碳排放压力,燃煤耦合生物质发电已成为实现煤电低碳转型的重要路径。深入解析煤与生物质热转化过程的反应机理,对于优化掺烧比例与污染物控制策略具有关键意义。系统综述了基于反应力场分子动力学(Reactive Force Field M...为应对煤电行业碳排放压力,燃煤耦合生物质发电已成为实现煤电低碳转型的重要路径。深入解析煤与生物质热转化过程的反应机理,对于优化掺烧比例与污染物控制策略具有关键意义。系统综述了基于反应力场分子动力学(Reactive Force Field Molecular Dynamics,ReaxFF MD)方法在该领域的研究进展,涵盖模型构建、热解与燃烧机理识别、污染物生成路径解析以及协同反应行为等关键内容。比较了典型煤与生物质结构模型的构建策略与适用范围,评估了不同分子结构与ReaxFF力场参数之间的匹配性,揭示模型物理真实度对模拟结果的影响;梳理了煤和生物质在热解及燃烧过程中CO、CO_(2)、NO_(x)等污染物的前驱体种类、自由基演化特征和反应路径;分析了共热解与掺烧体系中组分间的交联行为、非线性反应关系及掺烧比例变化对污染物排放的影响规律。在此基础上,总结了当前研究所面临的核心挑战,包括反应路径提取自动化水平不足、力场精度有限、模拟时间尺度与实际过程存在差异,以及宏微观参数映射机制不明等问题。进一步介绍了多尺度建模、机器学习辅助预测、GPU并行计算等新兴策略在煤-生物质热转化模拟中的应用探索。该研究为理解复杂碳-生物质热转化的微观机制提供理论依据,也为低碳清洁燃烧技术的优化与污染物精准调控提供数据支撑和方法指导。展开更多
文摘海底充油电缆的安全稳定运行至关重要,但内部的十二烷基苯(DDB)绝缘油在热故障导致的局部高温下会快速热解和产气。基于反应分子动力学模拟(Reax FF-MD)和热重-红外光谱(TG-IR)实验,对十二烷基苯绝缘油的热解和产气过程进行探究。热解模拟结果表明:十二烷基苯分子初始裂解反应主要为C—C键的断裂产生长链大分子,后逐渐热解产生小烷基自由基和烯烃分子,DDB最终会热解为侧链为·C_(2)H_(5)、·CH_(3)和·C_(3)H_(7)基团的短链烷基苯分子。热解过程中主要特征气体为C_(2)H_(4)、H_(2)、CH_(4),与IR实验结果相同,特征气体生成的主要反应机理分别为:β位C—C键的断裂、加氢反应和脱氢反应;·H自由基攻击其他自由基上的H原子;甲基自由基(·CH_(3))与游离的氢(·H)自由基反应。动力学结果表明TG实验与Reax FF-MD的活化能分别为86.606 k J/mol以及99.867 k J/mol,相近的活化能进一步验证了仿真结果的合理性。研究结论为深入了解十二烷基苯绝缘油的裂解和产气机理提供了理论支持。
基金supported by the National Natural Science Founda-tion of China(Grant Nos.:51976046 and 52006044)the Shenzhen Technology Project(Grant No.:RCJC20210609103755110).
文摘Wastewater from the thermochemical conversion of coal and biomass contains a significant amount of phenolic structures compounds.The degradation of these phenolic compounds to hydrogen-rich gasses can prevent envi-ronmental pollution and save energy.Supercritical water(SCW)gasification of phenol is experimentally studied and a reactive force field molecular dynamics(ReaxFF-MD)simulation is conducted to investigate the catalytic mechanism of Ni/Al2 O3 in the phenol degradation.The experimental results indicate that Ni/Al2 O3 facilitates the conversion of phenol to 1-ethoxy butane via ring opening,which is a crucial step for complete gasification.The ReaxFF-MD simulation demonstrated that Ni facilitates the formation of H3 O free radicals and Ni-phenol inter-mediates.H3 O free radicals can be decomposed into H2 and OH free radicals.Both the generated OH free radical and Ni-phenol intermediate promote the ring-opening reaction of phenol.Ni promotes the direct decomposition of phenol into C1,C2,and C3 fragments,which is beneficial for further complete gasification.
文摘为应对煤电行业碳排放压力,燃煤耦合生物质发电已成为实现煤电低碳转型的重要路径。深入解析煤与生物质热转化过程的反应机理,对于优化掺烧比例与污染物控制策略具有关键意义。系统综述了基于反应力场分子动力学(Reactive Force Field Molecular Dynamics,ReaxFF MD)方法在该领域的研究进展,涵盖模型构建、热解与燃烧机理识别、污染物生成路径解析以及协同反应行为等关键内容。比较了典型煤与生物质结构模型的构建策略与适用范围,评估了不同分子结构与ReaxFF力场参数之间的匹配性,揭示模型物理真实度对模拟结果的影响;梳理了煤和生物质在热解及燃烧过程中CO、CO_(2)、NO_(x)等污染物的前驱体种类、自由基演化特征和反应路径;分析了共热解与掺烧体系中组分间的交联行为、非线性反应关系及掺烧比例变化对污染物排放的影响规律。在此基础上,总结了当前研究所面临的核心挑战,包括反应路径提取自动化水平不足、力场精度有限、模拟时间尺度与实际过程存在差异,以及宏微观参数映射机制不明等问题。进一步介绍了多尺度建模、机器学习辅助预测、GPU并行计算等新兴策略在煤-生物质热转化模拟中的应用探索。该研究为理解复杂碳-生物质热转化的微观机制提供理论依据,也为低碳清洁燃烧技术的优化与污染物精准调控提供数据支撑和方法指导。
