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聚甲氧基二甲醚的物性预测及缩合反应机理研究

杜晓晓  
【摘要】:聚甲氧基二甲醚(DMMn)由于其物性与柴油相近,且以一定比例加入柴油中,可以提高燃烧效率,减少尾气排放中的氮氧化物和颗粒物的含量,被认为是极具发展前景的绿色柴油添加剂。现有的研究主要是对反应物,催化剂,反应条件的探索,而对反应机理的研究较少。本文以甲缩醛和三聚甲醛为反应物,采用密度泛函理论首先对HZSM-5分子筛上合成聚甲氧基二甲醚的四种可能的反应机理进行了理论计算。得出以下结论,1.三聚甲醛先经过两步分解生成甲醛,生成的甲醛再与甲缩醛反应;2.甲醛与甲缩醛反应最有可能遵循甲缩醛分解成碳正离子和甲醇的反应机理。甲缩醛先分解成甲醇和碳正离子,之后分两个方向进行,一个方向是甲醛使碳正离子链增长,另一个方向是甲醇封端。然后研究了水对反应机理的影响。水会改变反应的路径,按以下路径进行,第一步甲缩醛与水反应生成半缩醛和甲醇,第二步甲醛与半缩醛反应使半缩醛的碳链增长,第三步碳链增长的半缩醛与甲醇反应进行封端。之后再以最有可能的反应机理为基础,采用ONIOM2的方法计算,选取HZSM-5、HMOR和HMCM-22三种分子筛研究了孔道结构对反应机理的影响,HZSM-5分子筛酸强度对反应机理的影响。结果表明HMCM-22分子筛上反应需要克服的能垒最小;HZSM-5分子筛的酸性越强,越有利于反应的进行。在计算过程中,分子筛上B酸活性位点的H原子对反应机理很重要,分子筛的骨架结构基本保持不变。此外,还估算了此体系中缺失的物性参数,为流程模拟提供参考。


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