随着经济的发展,废旧轮胎的数量逐年增加,成为当下一个重要的环境问题,长期以来人们一直在寻求处理废旧轮胎的合理方法。采用传统的固体废弃物处理手段处理废旧轮胎会造成土地占用、环境污染等问题。而通过热解手段,不仅污染小,还能产生具有高利用价值的产物,是处理废旧轮胎的一种很好的手段。在热解过程中添加合适的催化剂可以选择性改变产物分布,提高目标产物的收率和性能,因此催化热解也是近年来学者们研究的热点。本文采用热重、热解实验和分子动力学模拟相结合的方法,选用Fe2O3做催化剂,对轮胎橡胶催化热解时气相产物的微观生成机理进行研究,为废旧轮胎的回收利用提供理论基础。首先对Fe2O3催化热解轮胎橡胶过程进行了实验研究。热重实验结果表明Fe2O3可以降低轮胎橡胶的热解温度范围,使轮胎橡胶热解更充分,提高了热解速率和产气率;气相色谱实验结果表明轮胎橡胶热解的主要气相产物是CH4、H2和C2H4,Fe2O3的加入并不增加或减少气体产物的种类,只是影响了其气体产物的分布,提高了CH4和H2的比例,降低了C2H4的比例。热重和气相色谱实验结果都表明在本文研究的催化比例范围内,随着Fe2O3添加比例的增加,催化效果也越来越明显;从经济性的角度出发,Fe2O3的添加比例（橡胶∶Fe2O3）在2∶1至1∶1之间最佳。然后通过Materials Studio软件对轮胎橡胶热解和加入Fe2O3催化热解过程进行模拟。发现轮胎橡胶热解和催化热解过程都可以分为两个阶段:低温热解阶段发生的主要反应是橡胶长链裂解形成单体物质,主要产物为异戊二烯、苯乙烯和1,3-丁二烯和未缩合的C4H6·;高温热解阶段发生的主要反应是自由基攻击单体夺取自由基进一步生成小分子气体,产物中CH4、H2、C2H4占大部分,还有少量C2H6、C3H6。加入Fe2O3催化后可以缩短反应时间,降低热解终止温度;增加低温热解阶段结束时未缩合的C4H6·的数量,改变高温热解阶段结束时气体产物分布,使最终产物中C1（含一个C原子的自由基）和C3（含三个C原子的自由基）的比例增加,C2（含两个C原子的自由基）的比例减少;Fe2O3对轮胎橡胶热解的催化主要发生在高温热解阶段。再根据热解过程模拟阶段观察到的分子链断裂情况,对三种主要的自由基H·、CH3·、CH2=CH·的反应路径催化前后分别进行过渡态搜索,计算并比较每条路径的反应能垒,找出Fe2O3催化作用最明显的6条反应路径。结果表明:在自由基形成过程中,Fe2O3能促进异戊二烯单体释放CH3·,苯乙烯单体释放CH2=CH·。在自由基结合过程中,Fe2O3能促进CH3·攻击异戊二烯单体和1,3-丁二烯生成CH4,还可以促进H·和CH2=CH·攻击苯乙烯单体生成H2和CH2=CH2。热解过程和反应路径的模拟结果表明苯乙烯单体是轮胎橡胶中最难以热解的部分,而Fe2O3的加入有利于催化苯乙烯的热解。Fe2O3对苯乙烯单体裂解的催化作用主要是通过促进H·和CH2=CH·夺取苯乙烯上的H·来实现的。最后将Fe2O3与Mn O2催化热解轮胎橡胶的效果进行了对比,发现两者都可以提高产气率,并提高热解气体产物中H2和CH4的占比;在降低热解终止温度方面,Fe2O3的作用更明显;在降低反应能垒方面,Mn O2和Fe2O3比较接近。