金屬改性活性炭脫除燃煤煙氣中Hg0的理論研究.pdf

1、燃煤電廠煙氣汞排放是環(huán)境中主要的汞污染源之一，煤燃燒時大部分汞會隨煙氣排入大氣，給動植物、人體和生態(tài)環(huán)境造成巨大的危害。在顆粒態(tài)汞（Hgp），單質(zhì)汞（Hg0）以及氧化態(tài)汞（Hg2+）這三種汞形態(tài)中，Hg0的脫除最具挑戰(zhàn)性。因此，尋找一種經(jīng)濟(jì)高效的Hg0脫除劑迫在眉睫。
　　活性炭（AC）因其豐富的孔結(jié)構(gòu)以及巨大的比表面積而用于燃煤電廠中汞的控制，但是其低效率、難再生性極大地增加了汞的脫除成本。鑒于金屬對Hg0具有良好的脫除性能，本

2、文采用密度泛函理論（DFT）方法分別研究了Hg0與Fe，Co，Ni，Cu和Zn為代表的非貴金屬改性AC的作用以及Hg0與Pd為代表的貴金屬改性AC的作用，并進(jìn)一步通過Cu的調(diào)變來減少貴金屬Pd的用量并增強Hg0的脫除能力，主要結(jié)論如下：
　?。?）非貴金屬改性AC脫除Hg0的機(jī)理
　　對Hg0在非貴金屬Fe，Co，Ni，Cu和Zn改性的AC表面的吸附進(jìn)行研究，得出：Hg0在M/AC(M=Fe，Co，Ni，Cu，Zn)表面為物

3、理吸附，說明Hg0與非貴金屬改性AC的作用很弱。進(jìn)一步對Hg0氧化后的物種HgCl和HgCl2在上述表面的吸附機(jī)理進(jìn)行研究，認(rèn)為HgCl不是穩(wěn)定的中間體，它在M/AC(M=Fe，Co，Ni，Cu，Zn)表面主要為解離吸附；HgCl2在Fe/AC表面主要是分子吸附，在M/AC(M=Ni，Cu，Zn)表面主要是解離吸附，在Co/AC表面同時存在分子吸附和解離吸附。Hg0經(jīng)Cl2氧化的機(jī)理表明：在M/AC(M=Fe，Co，Ni，Cu，Zn)表

4、面，Hg0通過Eley-Rideal機(jī)理被氧化并且Fe/AC是最好的催化劑。
　　（2）貴金屬改性AC脫除Hg0的機(jī)理
　　對Hg0在貴金屬Pd改性的AC表面的吸附進(jìn)行研究，得出：在Pdn(n≤38)簇中，Pdn(n=4,6,8,13,19,23,38)是能夠穩(wěn)定存在的幻數(shù)簇；進(jìn)一步將所得幻數(shù)簇負(fù)載到AC上，并研究AC對其穩(wěn)定性的影響，結(jié)果表明AC的負(fù)載能夠提高Pdn簇的穩(wěn)定性，但隨Pd原子數(shù)目的增加對其穩(wěn)定性的影響逐漸降低

5、，當(dāng)Pd原子數(shù)目為38時，AC對其穩(wěn)定性幾乎沒有影響；通過研究Hg0在Pdn/AC(n=4,6,8,13,19,23)表面的吸附，闡明AC負(fù)載的Pdn簇的尺寸效應(yīng)對 Hg0吸附的影響，結(jié)果表明 Hg0的吸附能呈鋸齒型變化，當(dāng)在AC上負(fù)載二十面體的Pd13簇時，Hg0的吸附能力最強。
　?。?）Cu調(diào)變的Pd13/AC脫除Hg0的機(jī)理
　　對Hg0在非貴金屬Cu調(diào)變的Pd13/AC表面的吸附進(jìn)行研究，得出：Pd13簇最多可以被

6、8個Cu原子替換，并且CunPd13-n(n＝1~8)雙金屬簇比Pd13簇的穩(wěn)定性更高，即Cu的摻雜可以提高Pd13簇的穩(wěn)定性，最大摻雜比例為61.5％；在可替換的CunPd13-n(n＝1~8)雙金屬簇中，Cu原子數(shù)目分別為1，2和6時構(gòu)型相對容易替換，并且CuPd12，Cu2Pd11和Cu6Pd7雙金屬簇都能穩(wěn)定存在于AC表面；Hg0在CunPd13-n/AC(n＝1,2,6)表面的吸附表明：Hg0的吸附強度與Cu的摻雜比例有很大的