沙柳生物质燃料颗粒致密成型粘结机理研究

发布时间：2025-04-15 00:12

　　 为探究沙柳生物质致密成型过程中内部木质素的理化特性及其对燃料成型的影响,应用软件Materials Studio2017创建了木质素分子片段,并在不同含水率、压力、温度下对其进行了分子动力学仿真计算及相关性质预测,并参照模拟条件与所得结果进行了沙柳生物质燃料热压成型试验,继而对成型后燃料样品做了相关品质特性的检测与微观形态的显微分析。模拟结果显示,含水率为8%、11%、14%、17%时,沙柳木质素玻璃态转变温度（T_g）依次为410、392、381、376 K;其次,木质素分子的扩散能力随温度的升高而变大,但随压力和含水率上升均呈先增后减的趋势,其中在压力40 MPa、含水率14%时分别达到各自的最大值;此外,在含水率14%、压力40MPa、温度为380K条件下,水分子与木质素分子可形成氢键,预测其主要来源为水分子与环羟基或非环羟基之间的相互作用。对成型燃料相关特性的分析显示,就沙柳木质素T_g等性质的预测较为准确;另外,适当的水分与温度可降低成型功耗与松弛比,但均不宜过高;竖直方向,燃料内部颗粒在粘流体的作用下以叠加的方式凝固在一起,而水平方向...

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【部分图文】：

图1 木质素分子片段结构与模型

沙柳属于沙生灌木类植物，其木质素组成单元多以愈疮木基为主，结构单元之间主要通过β-O-4键连接，此外，还有α-O-4键、β-5键、β-1键、5-5键等连接形式[12]。出于对计算机硬件水平及模拟时间等的考虑，本文所构建木质素分子链在满足上述键连接的同时，采用Homopolyer构....

图2 不同含水率的木质素退火处理模型

本文分子动力学计算均是在NPT系综及Compass力场下完成[13-14]。对上文构建的模型体系在经过电荷平衡及能量优化等处理后，为得到更合理的模型构象，采用Forcite模块在标准大气压下对其做退火处理，退火循环4次，初始温度设为300K，中间循环（最高）温度为480K，一....

图3 木质素比体积与温度变化关系

图3为不同含水率下木质素比体积（单位质量的木质素所占有的体积）随温度的变化关系，结果显示：木质素玻璃态转变温度随着体系含水率的增加呈降低趋势，含水率为8%、11%、14%、17%时，木质素Tg依次为410、392、381、376K。说明适当增加水分能够降低木质素的Tg，可促进木....

图4 不同条件下木质素分子的MSD

为增强模拟的可靠性以及与后续试验的契合度，本文对木质素分子均方位移及径向分布函数的计算，均是在不同的压力与含水率等条件下所完成，以便更好的去对比分析。下图分别给出了不同条件下木质素分子的MSD，就其影响因素的显著性来看，温度最大、压力次之、含水率最小。图4a为木质素分子MSD与压....

本文编号：4039766