飞灰残碳物理化学结构原位表征及吸附机理研究

飞灰残碳和富碳颗粒的物理化学结构特性及表面化学性质是决定其性能和应用的关键因素。由于残碳测量的不确定性、非晶态性和孔道结构复杂性，常规的实验表征手段和简单模型方法难以深入认识残碳的物理化学结构及吸附性能。本项目基于傅里叶变换拉曼光谱对飞灰残碳进行原位表征，获得残碳结构中碳骨架详细信息，取代基团以及交联度等结构信息，结合多种分析方法对残碳物理化学结构进行深层次，全面研究；在实验基础上，建立能够考虑表面化学性质的无定形多孔碳模型，对多种吸附质在残碳中的吸附，扩散进行模拟，全面深刻地认识残碳的微观结构与表面化学性质对吸附性能的影响机理。本项目通过多前沿学科的交叉研究，可望为燃煤污染物控制机理和模拟、新材料的开发研究提供可资借鉴的途径和方法。具有较高的学术水平和宽广的应用前景。

飞灰残碳和富碳颗粒的物理化学结构特性及表面化学性质是决定其性能和应用的关键因素。由于残碳测量的不确定性、非晶态性和孔道结构复杂性，常规的实验表征手段和简单模型方法难以深入认识残碳的物理化学结构及吸附性能。本项目基于傅里叶变换拉曼光谱对富碳进行原位表征，提出了可靠的、有说服力的分峰方法，建立了可靠的、系统的结构测定方案；对具有代表性的，可供深入分析样品进行表征，获得富碳结构中碳骨架详细信息，取代基团以及交联度等结构信息，实现了对富碳颗粒原位结构特性表征；并对许多关键过程进行细致、清晰和系统的机理性探讨。建立了能够考虑表面化学的多孔无定形碳模型，利用量子化学和分子力学相结合的方法，全面深入地获得残碳孔结构、金属氧化物，表面官能团等对吸附性能的深层次的微观影响规律。采用分子动力学熔融-淬火法构建了无定形多孔残碳模型，热解聚糠醇得到微孔无定形碳并进行实验表征，通过径向分布函数、真密度和孔径分布比对实验验证了所建立模型和所使用力场的准确性。在此模型基础上对多种吸附质在残碳中的吸附，扩散进行模拟，全面深刻地认识残碳的微观结构与表面化学性质对吸附性能的影响机理。