本文關鍵詞：金屬改性活性炭脫除燃煤煙氣中Hg~0的理論研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：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,尋找一種經濟高效的Hg0脫除劑迫在眉睫。活性炭(AC)因其豐富的孔結構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,并進一步通過Cu的調變來減少貴金屬Pd的用量并增強Hg0的脫除能力,主要結論如下:(1)非貴金屬改性AC脫除Hg0的機理對Hg0在非貴金屬Fe,Co,Ni,Cu和Zn改性的AC表面的吸附進行研究,得出:Hg0在M/AC(M=Fe,Co,Ni,Cu,Zn)表面為物理吸附,說明Hg0與非貴金屬改性AC的作用很弱。進一步對Hg0氧化后的物種HgCl和HgCl2在上述表面的吸附機理進行研究,認為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Cl2氧化的機理表明:在M/AC(M=Fe,Co,Ni,Cu,Zn)表面,Hg0通過Eley-Rideal機理被氧化并且Fe/AC是最好的催化劑。(2)貴金屬改性ac脫除hg0的機理對hg0在貴金屬pd改性的ac表面的吸附進行研究,得出:在pdn(n≤38)簇中,pdn(n=4,6,8,13,19,23,38)是能夠穩(wěn)定存在的幻數簇;進一步將所得幻數簇負載到ac上,并研究ac對其穩(wěn)定性的影響,結果表明ac的負載能夠提高pdn簇的穩(wěn)定性,但隨pd原子數目的增加對其穩(wěn)定性的影響逐漸降低,當pd原子數目為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負載的pdn簇的尺寸效應對hg0吸附的影響,結果表明hg0的吸附能呈鋸齒型變化,當在ac上負載二十面體的pd13簇時,hg0的吸附能力最強。(3)cu調變的pd13/ac脫除hg0的機理對hg0在非貴金屬cu調變的pd13/ac表面的吸附進行研究,得出:pd13簇最多可以被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原子數目分別為1,2和6時構型相對容易替換,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關系,當摻雜比例為7.7%時,即替換pd13簇的中心pd原子為cu時,吸附能提高不大,增加比例僅為3.3%;當摻雜比例增加為15.4%時,即在cupd12雙金屬簇的基礎上再替換表面的一個pd原子為cu時,吸附能顯著提高,增加比例為27.1%,有利于hg0的脫除;但當摻雜比例增加為46.2%時,即cu原子的數目增加為6時,吸附能降低了25.1%,對Hg0的脫除不利。
【關鍵詞】：DFT 金屬改性AC Cu的調變 Hg0的脫除
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：X773;O647.3
【目錄】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 Hg~0的脫除方法12-16
• 1.1.1 AC脫汞劑13
• 1.1.2 金屬脫汞劑13-14
• 1.1.3 金屬氧化物脫汞劑14-16
• 1.1.4 不同脫汞劑的比較16
• 1.2 AC的改性方法16-17
• 1.2.1 鹵素改性AC16-17
• 1.2.2 金屬改性AC17
• 1.2.3 金屬氧化物改性AC17
• 1.2.4 AC改性方法比較17
• 1.3 選題思路及研究目的17-18
• 1.3.1 選題思路17-18
• 1.3.2 研究目的18
• 1.4 研究內容18-20
• 第二章 理論基礎20-23
• 2.1 密度泛函理論20-21
• 2.1.1 Thomas-Fermi模型20
• 2.1.2 Hogenberg-Kohn定理20
• 2.1.3 Kohn-Sham方程20-21
• 2.2 交換關聯勢21
• 2.2.1 LDA泛函21
• 2.2.2 GGA泛函21
• 2.3 過渡態(tài)理論21-22
• 2.4 Dmol~3模塊22-23
• 第三章 Fe, Co, Ni, Cu和Zn為代表的非貴金屬改性AC對Hg~0的脫除23-42
• 3.1 引言23-24
• 3.2 模型構建及計算方法24-26
• 3.2.1 模型構建24-25
• 3.2.2 計算參數25-26
• 3.2.3 參數的驗證26
• 3.3 Hg~0在AC表面的吸附26-27
• 3.4 汞物種在M/AC (M=Fe, Co, Ni, Cu和Zn)表面的吸附27-37
• 3.4.1 Hg~0的吸附29-31
• 3.4.2 HgCl的吸附31-33
• 3.4.3 HgCl_2的吸附33-37
• 3.4.4 汞物種在M/AC(M=Fe, Co, Ni, Cu和Zn)表面的吸附性質37
• 3.5 Cl_2氛圍下Hg~0的催化氧化37-41
• 3.5.1. Cl_2在M/AC(M=Fe, Co, Ni, Cu和Zn)表面的活化37-38
• 3.5.2. Hg~0在M/AC(M=Fe, Co, Ni, Cu和Zn)表面的催化氧化38-41
• 3.6 本章小結41-42
• 第四章 Pd為代表的貴金屬改性AC對Hg~0的脫除42-66
• 4.1 引言42-43
• 4.2 模型構建及計算方法43
• 4.2.1 模型構建43
• 4.2.2 計算方法43
• 4.2.3 參數驗證43
• 4.3 Pd_n(n=2-8,13,19,23,38)簇的演化及其穩(wěn)定性43-48
• 4.3.1 Pd_n(n=2-8)簇的演化43-45
• 4.3.2 Pd_n(n=2-8)簇的穩(wěn)定性45-48
• 4.3.3 Pd_n(n=13,19,23,38)簇的穩(wěn)定構型及其穩(wěn)定性48
• 4.4 Pd_n(n=4,6,8,13,19,23,38)簇與AC表面的相互作用48-58
• 4.4.1 Pd_n(n=4,6,8,13,19,23,38)簇在AC表面的吸附48-56
• 4.4.2 AC對Pd_n(n=4,6,8,13,19,23,38)簇穩(wěn)定性的影響56-58
• 4.5 Hg~0在Pd_n/AC(n=4,6,8,13,19,23)上的吸附58-65
• 4.6 本章小結65-66
• 第五章 不同比例Cu調變的Pd_(13)/AC對Hg~0脫除的影響66-87
• 5.1 引言66-67
• 5.2 模型構建及計算方法67
• 5.2.1 模型構建67
• 5.2.2 計算方法67
• 5.3 Cu_nPd_(13-n)(n＝1~12)雙金屬簇及其穩(wěn)定性67-72
• 5.3.1 Cu_nPd_(13-n)(n＝1~12)雙金屬簇的穩(wěn)定構型67-71
• 5.3.2 Cu_nPd_(13-n)(n=1~12)雙金屬簇的穩(wěn)定性71-72
• 5.4 Cu_nPd_(13-n)/AC(n＝1,2,6)雙金屬簇與AC表面的作用72-81
• 5.4.1 CuPd_(12)雙金屬簇與AC表面的作用72-74
• 5.4.2 Cu_2Pd_(11)雙金屬簇與AC表面的作用74-77
• 5.4.3 Cu_6Pd_7雙金屬簇與AC表面的作用77-80
• 5.4.4 Cu_nPd_(13-n)/AC(n＝1,2,6)雙金屬簇與AC表面的作用小結80-81
• 5.5 Hg~0在Cu_nPd_(13-n)/AC(n＝1,2,6)的吸附81-85
• 5.5.1 Hg~0在Cu_nPd_(13-n)/AC(n＝1,2,6)的吸附81-83
• 5.5.2 Hg~0與Cu_2Pd_(11)/AC作用過程中的電子結構分析83-85
• 5.5.3 Hg~0在Cu_nPd_(13-n)/AC(n＝1,2,6)的吸附小結85
• 5.6 本章小結85-87
• 第六章 總結與展望87-90
• 6.1 全文總結87-88
• 6.2 創(chuàng)新點88
• 6.3 本文研究工作的不足和建議88-90
• 參考文獻90-105
• 致謝105-106
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文106

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