氧化銅對(duì)燃煤煙氣汞的氣固吸附機(jī)理研究.pdf

1、汞由于其劇毒性、持久性以及生物累積性,對(duì)人類健康和生態(tài)環(huán)境造成極大危害。燃煤電站是大氣中人為汞排放污染的主要來(lái)源,近年來(lái)受到極大的關(guān)注。將單質(zhì)汞(Hg0)高效氧化成氧化態(tài)汞(Hg2+),然后通過(guò)濕法脫硫裝置脫除是一種極具競(jìng)爭(zhēng)力的燃煤汞排放控制方法。選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于NOx的脫除,研究表明SCR催化劑能夠提高單質(zhì)汞的氧化與脫除,但其機(jī)理還不清楚,因此研究SCR催化劑催化氧化單質(zhì)汞對(duì)于發(fā)展煤燃燒過(guò)程中汞污染控制技術(shù)有重要

2、意義。
　　本文將理論計(jì)算與燃煤汞污染聯(lián)合脫除的實(shí)際需要相結(jié)合,將密度泛函理論應(yīng)用于燃煤煙氣汞在SCR催化劑CuO表面上的氣固吸附機(jī)理研究。應(yīng)用密度泛函理論的不同方法(GGA-PBE,GGA-PW91和LDA)分別對(duì)CuO體相的幾何參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算,并與實(shí)驗(yàn)值比較,來(lái)驗(yàn)證本文所選方法的可靠性。研究表明GGA-PW91方法最吻合本文的計(jì)算需要。
　　構(gòu)建了較好表征CuO固體表面的CuO(110)氧終端和銅終端的周期性表面模型,

3、探討了燃煤煙氣不同形態(tài)汞(Hg0、HgCl和HgCl2)分別在CuO(110)氧終端表面和銅終端表面的吸附機(jī)理。結(jié)果表明:在氧終端表面,Hg0和HgCl2的吸附行為是物理吸附過(guò)程,HgCl的吸附行為則是化學(xué)吸附過(guò)程;在銅終端表面,Hg0、HgCl和HgCl2的吸附行為均是化學(xué)吸附過(guò)程。Cu在Hg0與表面的反應(yīng)中起到了重要的作用,電荷布局顯示,Hg原子更傾向于與表面Cu原子結(jié)合,而不是O原子結(jié)合,進(jìn)一步的態(tài)密度分析推測(cè)Hg原子與表面Cu原

4、子通過(guò)電子軌道雜化發(fā)生相互作用。HgCl和HgCl2在CuO(110)銅終端表面吸附發(fā)生解離吸附,且與吸附表面結(jié)合后不容易發(fā)生脫附反應(yīng)。
　　探討了煙氣成分(HCl、NO、NH3和SO2)對(duì)CuO脫除汞的影響機(jī)理。在CuO(110)氧終端表面,HCl通過(guò)Eley-Rideal機(jī)制影響汞的氧化;NO對(duì)汞的氧化沒有明顯的抑制作用;NH3阻礙Hg0的吸附;SO2對(duì)Hg0在表面的吸附和氧化過(guò)程基本沒有影響。在CuO(110)銅終端表面,H