量子化学对自由基簇射脱除烟气中多种污染物的能量研究

论文摘要

本文首先评述了中国的燃煤电厂烟气污染现状,同时阐述了各种传统及其新兴的烟气脱除技术,指出了自由基簇射脱除技术的优势。 简要介绍了量子化学的理论基础及主要理论形式,重点比较了密度泛函法和从头计算法的各自优劣。全面总结了前人对键解离能的计算方法,选择了本文计算键解离能所采用的公式,考虑了零点振动能修正。确定了以密度泛函法作为本文进行能量计算的基础,综合考量了目前的量化计算软件,选择Gaussian98作为本文开展量化计算的工具,采用B3LYP方法在多个基组水平上对自由基源物质及多种污染物进行能量计算。 运用Gaussian98程序,首先对自由基簇射脱除污染物技术中采用的自由基源物质（NH3+Ar和H2O+O2）本身进行能量计算,同时结合实验数据,对计算结果的精度进行分析,指出计算自由基源物质解离能较为可靠的基组水平。通过比较自由基源物质及背景气中主要成分N2的解离能,确认自由基源物质较N2容易解离,且两者的解离能差别在5ev左右。从理论上说明了背景气只有在较高能量下才会被解离,可以尽可能地避免二次污染。根据实验结果,指出了电极气对脱除效率、能耗有很大影响,证实了自由基在脱除污染物时的重要作用。 同时,运用Gaussian98程序,对烟气中多种有机污染物如苯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯、萘、典型二噁英进行能量计算,得出它们侧链的相应键解离能。结合文献中对苯及多环芳香烃中环上C-C键能的计算结果,得出了一般有机物中的键解离能大小的规律,给出了量级关系。 综合多种污染物的键解离能,指出在降解污染物时所需的能量值:根据研究者对电晕放电的模拟,结合不同电压下,空间不同位置电子能量分布及气隙空间的电子平均能量分布指出了当输入电压为25.6kV时,电子平均能量已经达到10ev,在其作用区域内足以降解各种污染物。

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 我国的能源构成
• 1.2 我国燃煤电厂烟气的污染现状及污染物的危害
• 1.2.1 我国燃煤电厂烟气的污染现状
• x的危害'>1.2.2 SO_x的危害
• x的危害'>1.2.3 NO_x的危害
• 1.2.4 VOCs的危害
• 1.2.5 有毒微量有机污染物
• 1.3 我国治理燃煤电厂烟气的传统对策
• 2的治理'>1.3.1 SO₂的治理
• x的治理'>1.3.2 NO_x的治理
• 1.3.3 VOCs的治理
• 1.3.4 有毒微量有机污染物的治理方法
• 1.4 新兴的烟气处理法
• 1.5 本文的研究内容
• 参考文献
• 第2章 自由基簇射反应器及量子化学能量计算基础
• 2.1 自由基簇射反应器
• 2.1.1 传统的电晕放电反应器
• 2.1.2 放电反应器的改进
• 2.1.3 实验系统
• 2.2 量子化学能量计算
• 2.2.1 量化计算的基础
• 2.2.2 从头计算法
• 2.2.3 密度泛函理论
• 2.2.4 键能和键解离能
• 2.2.5 键解离能的量化计算方法
• 2.2.6 关于Gaussian及Chemoffice
• 2.3 本研究的量化计算方案
• 2.3.1 运用的量化软件
• 2.3.2 采用的键解离能计算公式
• 2.3.3 量化计算采用的理论基础及计算方法
• 参考文献
• 第3章 自由基源物质解离及背景气主要物质的能量研究
• 3.1 解离能的计算及结构分析
• 2O）'>3.1.1 水蒸气（H₂O）
• 2）'>3.1.2 氧气（O₂）
• 3）'>3.1.3 氨气（NH₃）
• 2）'>3.1.4 氮气（N₂）
• 3.2 自由基的产生
• 3+Ar为自由基源物质'>3.2.1 以NH₃+Ar为自由基源物质
• 2O+O₂为自由基源物质'>3.2.2 以H₂O+O₂为自由基源物质
• 3.2.3 实验验证
• 3.3 本章小结
• 参考文献
• 第4章 烟气中多种污染物的量化研究及能量分析
• 4.1 计算方法
• 4.2 研究对象
• 4.2.1 苯
• 4.2.2 甲苯
• 4.2.3 邻二甲苯（构象1）
• 4.2.4 邻二甲苯（构象2）
• 4.2.5 间二甲苯（构象1）
• 4.2.6 间二甲苯（构象2）
• 4.2.7 对二甲苯
• 4.2.8 氯苯
• 4.2.9 乙苯
• 4.2.10 苯乙烯
• 4.2.11 奈
• 4.2.12 2，3，7，8-TCDD
• 4.2.13 2，3，7，8-TCDF
• x及NO_x'>4.2.14 SO_x及NO_x
• 4.3 键解离能分析
• 4.4 电晕放电模拟
• 4.5 本章小节
• 参考文献
• 第5章 全文总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 硕士期间发表的论文
• 硕士期间承担与参与的科研项目
• 致谢