Nghiên cứu cơ chế phản ứng nhiệt phân của gốc tự do furyl bằng phương pháp tính toán lượng tử

Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả sử dụng phương pháp tính toán tổ hợp có độ chính xác cao CBS-QB3 để xây dựng cơ chế phản ứng nhiệt phân các gốc tự do của furan - thành phần quan trọng trong quá trình sản xuất nhiên liệu sinh học thế hệ hai từ lignocellulose/lignoxenluloza.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu cơ chế phản ứng nhiệt phân của gốc tự do furyl bằng phương pháp tính toán lượng tửKhoa học Tự nhiên Nghiên cứu cơ chế phản ứng nhiệt phân của gốc tự do furyl bằng phương pháp tính toán lượng tử Nguyễn Thùy Dung Thi1, Mai Văn Thanh Tâm2, 3, Huỳnh Kim Lâm1* 1 Khoa Công nghệ sinh học, Trường Đại học Quốc tế, Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh 2 Viện Khoa học và Công nghệ Tính toán TP Hồ Chí Minh 3 Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh Ngày nhận bài 18/7/2019; ngày chuyển phản biện 22/7/2019; ngày nhận phản biện 22/9/2019; ngày chấp nhận đăng 1/10/2019Tóm tắt:Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả sử dụng phương pháp tính toán tổ hợp có độ chính xác cao CBS-QB3 để xâydựng cơ chế phản ứng nhiệt phân các gốc tự do của furan - thành phần quan trọng trong quá trình sản xuất nhiênliệu sinh học thế hệ hai từ lignocellulose/lignoxenluloza. Cơ chế phản ứng được làm rõ như sau: (i) Sự chuyển hóagiữa 2-furyl  3-furyl không thuận lợi do rào cản năng lượng lớn (63,9 kcal∙mol-1 ở 0 K); (ii) 2-furyl có thể bị nhiệtphân thành 3 kênh sản phẩm với thứ tự thuận lợi về mặt nhiệt động là C2H2 & •HC=C=O (P1) > CO & c-C3H3• (P2)> CO & HC≡C‒CH2• (P3); (iii) 3-furyl chỉ nhiệt phân theo duy nhất một kênh sản phẩm P3. Các giá trị tính toán củacác thông số nhiệt động học (ví dụ như nhiệt tạo thành, entropy, nhiệt dung riêng) trong khoảng nhiệt độ từ 298 đến2.000 K cho thấy sự tương đồng với các số liệu đã được công bố rời rạc trước đó. Do đó, các kết quả tính toán về cơchế và nhiệt động học có thể được sử dụng cho các nghiên cứu sâu hơn về mô hình hóa và mô phỏng động học các hệphản ứng liên quan đến gốc tự do furyl cũng như công nghệ chuyển hóa lignocellulose/lignoxenluloza.Từ khóa: gốc tự do furyl, lignocellulose, năng lượng sinh học, nhiệt phân.Chỉ số phân loại: 1.4Đặt vấn đề vào việc hình thành các hydrocarbon/hidrocacbon thơm đa vòng (PAH) là tác nhân gây nên ung thư phổi [6, 7]. Hiện Các gốc tự do furyl là hợp chất trung gian quan trọng nay, các nghiên cứu về phản ứng nhiệt phân đồng thời của 2được tìm thấy trong quá trình nhiệt phân các hợp chất gốc tự do 2-furyl và 3-furyl vẫn chưa được làm rõ, dù cả hailignocellulose/lignoxenlulza, là loại hợp chất có tiềm năng chất này được tìm thấy có khả năng xuất hiện tỷ lệ mol nhưsản xuất các sản phẩm nhiên liệu sinh học thế hệ hai [1-3]. nhau trong quá trình nhiệt phân các chất có chứa vòng furanTuy có các ưu điểm thân thiện với môi trường như có thể [8]. Tuy Poskrebyshev [9] đã công bố cơ chế nhiệt phânthay thế nhiên liệu hóa thạch, cắt giảm lượng khí CO2 gây ra của gốc tự do 2-furyl dựa trên các phương pháp tính toánhiệu ứng nhà kính [4, 5], nhưng cho đến nay các sản phẩm lý thuyết phiếm hàm mật độ (density functional theory), cơnhiên liệu sinh học từ lignocellulosic vẫn chưa được thương chế nhiệt phân 3-furyl vẫn chưa được đề cập, và các thôngmại hóa do quá trình sản xuất vẫn chưa được tối ưu hóa với số nhiệt động học tại các nhiệt độ khác nhau của các chấtnhiều trở ngại về mặt kỹ thuật sản xuất và chế biến. Vì thế, tham gia phản ứng cũng chưa được công bố. Vì vậy, trongđể giải quyết các vấn đề đó, việc xây dựng và mô phỏng cơ nghiên cứu này ngoài việc tập trung vào phản ứng nhiệtchế phản ứng chi tiết quá trình nhiệt phân của lignocellulose phân của cả hai loại gốc tự do của furyl đồng thời trên cùnglà cần thiết và quan trọng trong việc ứng dụng các loại hợp một bề mặt thế năng, chúng tôi còn tính toán các thông số ởchất lignocellulose/lignoxenlulza tiềm năng này. nhiệt động học nhiệt tạo thành (Δf H), entropy (S(T) ...