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随着环境污染和能源危机日益严重,生物质能作为可再生能源的一种,开始受到各国学者的重视。生物质的利用主要以燃烧发电和气化制取燃料为主。所谓热解是指生物质燃烧以及气化的初始阶段。研究氮在生物质热解过程中的转化机理,有利于生物质清洁利用技术的发展。关于甘氨酸热解生成含氮产物的研究,前人工作多集中在研究含氮产物的生成规律及通过建立热解动力学模型来求解动力学参数,关于其化学反应路径的研究以及含氮产物的生成机理的研究较为欠缺。本文采用密度泛函理论对甘氨酸热解过程中的主要含氮产物的形成机理进行分析加实验验证。主要研究内容及结果如下:(1)设计了甘氨酸和甘氨酸酐(DKP)热解过程中含氮产物的生成路径,使用Gaussian09软件B3LYP/6-31G基组对路径中各反应物、过渡态、中间体及产物进行构型优化和频率计算,获得最优化的分子构型及结构参数。(2)通过计算,得到各驻点热力学参数,对甘氨酸和DKP热解生成含氮产物的机理进行分析。结果表明,在甘氨酸热解过程中,氨基的脱离和脱水成环生成DKP反应的焓变较小,是主要反应,而NH3将会在最终含氮产物中占较大比例。在DKP热解过程中,其热解两条初反应路径R2-1和R1-1的焓变相差较小,均有较大可能发生。其中,R2-1路径C-N键的断裂稍占优势。在最终含氮产物中,R1-1路径的产物HCN将占据一定比例。占优势的R2-1的两条次反应路径中,则以放热较多的R2-2为主要反应,其最终产物NH3将占据较大比例。(3)使用热重-红外联用仪进行甘氨酸和DKP热解实验。结果表明,甘氨酸热解主要失重区间在200～310℃之间,DKP热解主要失重区间在280～380℃之间。两者生成的含氮产物均以NH3为主,同时可检测到少量HNCO和HCN的生成,但析出时间和生成量不同。实验检测结果与理论研究的结果相符,证明了上文中关于甘氨酸和DKP热解含氮产物生成机理的结论。