燃煤烟气汞在氧化铁表面吸附机理研究

论文摘要

煤燃烧排放的痕量元素汞作为大气污染的一个重要来源,对人类的健康和生态环境有很大的直接和潜在的危害。为了有效控制汞的排放,近年来各国都对燃煤烟气中汞的迁移转化机理进行研究,以期找出控制其排放的有效方法。在汞脱除吸附剂研究方面,价格低廉的飞灰吸附剂日益受到研究者的青睐,但是其催化氧化汞的机理研究还比较薄弱,尤其是烟气汞与飞灰中金属氧化物（如Fe2O3）的研究仍处于空白。基于此,本文主要采用基于第一性原理的理论计算方法,对燃煤烟气汞在不同晶相氧化铁（α-Fe2O3和γ-Fe2O3）表面吸附进行了理论计算。计算结果表明:Hg0在α-Fe2O3（001）完整表面的吸附行为是物理吸附过程,而在氧空位缺陷表面为弱化学吸附,吸附能为-47.50kJ/mol。当Hg0在γ-Fe2O3（001）完整表面吸附时,吸附能为-54.30kJ/mol,属弱化学吸附;而在存在氧空位的缺陷表面发生强化学吸附反应,吸附能为-134.5kJ/mol。进一步的态密度分析推测Hg0在γ-Fe2O3表面的吸附行为可能为汞齐化,Hg原子与表面Fe原子通过电子轨道杂化发生相互作用。HgCl在α-Fe2O3（001）完整表面吸附为化学吸附,最大吸附能为-217.3kJ/mol,在部分解离吸附过程中主要是通过Cl原子与基底的表面的Fe原子结合,Hg原子进行解离。HgCl2在α-Fe2O3（001）完整表面吸附也为强化学吸附,最大吸附能为-183.3kJ/mol,HgCl2在表面发生解离吸附是Cl原子与HgCl自由基分别结合表面Fe原子。论文研究结果对揭示飞灰中金属氧化物Fe2O3与烟气汞的相互作用机理,对利用飞灰脱汞的应用提供了理论依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 燃煤汞排放控制现状
• 1.3 汞的氧化机理
• 1.4 量子化学研究汞吸附机理的进展
• 1.5 本文研究内容和意义
• 2 量子化学计算基本原理和方法
• 2.1 密度泛函理论
• 2.2 交换相关能量泛函
• 2.3 软件包介绍
• 2.4 计算方法及初始参数的选取
• 2.5 基本计算内容
• 0在α-Fe₂0₃（001）表面吸附机理'>3 Hg⁰在α-Fe₂0₃（001）表面吸附机理
• 20₃ 晶体结构'>3.1 α-Fe₂0₃晶体结构
• 0在α-Fe₂0₃ 表面吸附'>3.2 Hg⁰在α-Fe₂0₃表面吸附
• 3.3 本章小结
• 0在γ-Fe₂0₃（001）表面吸附机理'>4 Hg⁰在γ-Fe₂0₃（001）表面吸附机理
• 20₃ 晶体结构'>4.1 γ-Fe₂0₃晶体结构
• 0在γ-Fe₂0₃ 表面吸附'>4.2 Hg⁰在γ-Fe₂0₃表面吸附
• 4.3 本章小结
• 20₃（001）表面吸附机理'>5 不同形态汞在α-Fe₂0₃（001）表面吸附机理
• 5.1 计算模型和计算方法
• 20₃（001）表面吸附'>5.2 HgCl 在α-Fe₂0₃（001）表面吸附
• 2在α-Fe₂0₃（001）表面吸附'>5.3 HgCl₂在α-Fe₂0₃（001）表面吸附
• 5.4 本章小结
• 6 总结与下一步工作
• 6.1 全文总结
• 6.2 下一步工作建议
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果