CaO催化PE热解及H2O对催化过程影响的ReaxFF MD研究与机理分析

• 作者: 贺兴处 陈德珍 梅振飞 阿迪力·巴吐尔 安青
• 来源期刊: 化工学报
• 关键词: 热解 聚乙烯 催化 ReaxFF AutoRMA 动力学
• 年，卷（期）: 2021,（9）
• 所属期刊栏目: 催化、动力学与反应器
• 页码范围: 4655-4674
• 页数: 19页
• 分类号: TQ325.1
• 语种: 中文
• DOI: 10.11949/0438-1157.20210244

摘要

结合反应分子动力学(ReaxFFMD)模拟方法和自行开发的全自动ReaxFF反应机理分析软件(automaticreactionmechanismanalyzer，AutoRMA)深入探究了CaO催化聚乙烯(PE)热解及H2O对催化过程的影响，通过热解产物分析、热解过程反应路径追踪和C―C键及C―H键时序变化分析来揭示反应机理。结果显示，CaO作为催化剂提高了PE的热解反应速率，有效降低了PE热解过程中C―C键和C―H键断裂的活化能，使其分别从316.88kJ/mol和430.13kJ/mol降低到22.24kJ/mol和30.87kJ/mol，并促进了PE向轻质油和气体分子的转化；CaO对自由基和碳链上的非饱和碳原子的吸附及解离可以有效促进PE的热解；但H2O存在时由于其自身与CaO结合会抑制CaO的催化作用，同时H2O主要通过取代反应以羟基的形式存在于烃类产品中，水分含量(质量分数)为PE的50%时导致10%的油品中含有氧元素，降低产品质量，也会导致液相产品中存在大量的水分，因此应避免热解的废PE携带水分。研究表明，ReaxFFMD结合AutoRMA有助于对PE等聚合物催化热解机理的深入理解，进而优化反应体系。