能源和环境问题是21世纪的两大世界性难题。化石燃料在相当长的时间内仍将是全世界最重要的能源,但化石燃料的燃烧也带来了严重的污染问题。对燃料的燃烧反应动力学机理的研究和燃烧污染物的转化降解的研究迫在眉睫。为揭示成分复杂的实际燃料的燃烧特性,开展替代燃料燃烧研究具有重要意义。另外,低阶不饱和烃和芳香烃是许多化石燃料燃烧过程中都会生成的污染物。采用催化燃烧的方式对其进行转化降解是非常有效的处理方式。本论文以新型燃料燃烧和污染物催化脱除为研究目标,对替代燃料氧化动力学、低阶不饱和烃及均三甲苯的催化氧化开展了实验和理论研究。本论文主要研究内容共分为六章。第一章中对本文研究内容的背景和意义进行了阐述,对现阶段相关内容的研究现状进行了调研和总结。第二章中对本文研究中所涉及到的实验系统、实验装备及数值模拟方法等内容进行了介绍。具体的研究内容和研究结果在第三至五章中。第三章的主要内容是均三甲苯的低温氧化实验及模拟研究。第四章的主要内容为采用脉冲雾化化学气相沉积(PSE-CVD)方法自行制备的Cu2O催化剂催化氧化乙炔和丙烯的研究。第五章的主要内容是采用全新设计的催化射流搅拌反应器对CuO催化氧化丙烯和均三甲苯的氧化动力学内容进行的研究。最后第六章为本文研究内容的总结,并对未来工作进行了展望。在第三章中,对极具代表性的替代燃料均三甲苯在常压、低温(427-8270℃)条件下的氧化特性进行了研究。采用射流搅拌反应器(JSR)对均三甲苯进行实验,产物由气相色谱来进行定性定量分析。在0.4及1.0两个当量条件下的实验中共检测到33种产物,其中正丙苯、异丙苯、偏三甲苯、邻二甲苯、对二甲苯、正丙醇和异丙醇都是首次在均三甲苯的氧化中被检测到。在1.0当量条件下检测到的产物较0.4当量条件下生成的温度更高,浓度更大。在Dievart等人的均三甲苯氧化机理上考虑了新观测到的氧化中间体模型,并对实验结果进行了模拟。通过与实验结果的对比发现数值模拟的产物预测值与实验观测值具有较好的一致性。经分析,均三甲苯的主要消耗路径是均三甲苯与OH、HO2、H、O、TMB135oj及CH3反应生成d35mb1ch2的反应。另外,均三甲苯与H、O和OH反应生成m-Xylene, TMB135oj和TMB135j也是较为重要的消耗路径。敏感性分析结果表明,均三甲苯与O2的反应对均三甲苯的消耗起到最重要的促进作用,而均三甲苯与H和OH的脱氢反应则对均三甲苯的消耗起关键抑制作用。在第四章对低阶不饱和烃的催化氧化研究中,利用自主研发的PSE-CVD系统在270℃的温度下制备了Cu2O催化剂薄膜并对C2H2和C3H6进行催化氧化测试。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)对Cu2O薄膜的结构、表面形态及构成进行表征测试,并利用石英管式反应器对C2H2和C3H6进行了催化氧化测试。表征结果说明在270℃的温度下制得的薄膜为纯净的Cu2O。催化测试结果表明所得的Cu2O可以使C2H2和C3H6的完全氧化温度较未加催化剂的条件下分别降低175℃和250℃,并且避免污染性中间产物CO的生成。经分析,晶格氧、吸附氧和Cu2O表面氧空穴的存在促进了不饱和烃的完全氧化。第五章中,在JSR反应器的基础上设计出了能够适用于催化氧化实验的催化射流搅拌反应器(CJSR)。采用PSE-CVD方法制备了CuO催化剂,并采用XRD、SEM和XPS对制得的CuO薄膜进行了表征。利用CJSR反应器和CuO催化剂首先对不同氧气浓度和不同C3H6浓度下的C3H6进行催化测试。通过对催化效果、反应速率及表观活化能等参数进行分析,研究了CuO催化剂对C3H6的催化氧化动力学特性。研究发现氧气浓度的提高及C3H6浓度的降低会导致催化反应的反应速率升高和表观活化能降低。接下来采用CJSR反应器对均三甲苯的催化氧化过程进行了研究,通过对比空不锈钢网的催化过程,采用CuO催化剂能够使均三甲苯的完全氧化温度大幅度降低,同时能够使均三甲苯氧化过程中的中间体生成得到抑制。研究结果说明CuO能够降低低阶不饱和烃和均三甲苯的表观活化能,促进均三甲苯的氧化还原反应发生。综上所述,本文对替代燃料均三甲苯的低温氧化特性进行了实验和模拟研究。通过PSE-CVD方法制备了纯净度较高的Cu2O和CuO催化剂,并对代表性的低阶不饱和烃和芳香烃均三甲苯成功的进行的催化氧化性能验证和催化氧化动力学分析。实验和模拟结果将有助于进一步构建新型替代燃料,并为污染物脱除提供思路和理论基础。