氧化銅對燃煤煙氣汞的氣固吸附機理研究.pdf

1、汞由于其劇毒性、持久性以及生物累積性,對人類健康和生態(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源,近年來受到極大的關注。將單質汞(Hg0)高效氧化成氧化態(tài)汞(Hg2+),然后通過濕法脫硫裝置脫除是一種極具競爭力的燃煤汞排放控制方法。選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)廣泛應用于NOx的脫除,研究表明SCR催化劑能夠提高單質汞的氧化與脫除,但其機理還不清楚,因此研究SCR催化劑催化氧化單質汞對于發(fā)展煤燃燒過程中汞污染控制技術有重要

2、意義。
　　本文將理論計算與燃煤汞污染聯(lián)合脫除的實際需要相結合,將密度泛函理論應用于燃煤煙氣汞在SCR催化劑CuO表面上的氣固吸附機理研究。應用密度泛函理論的不同方法(GGA-PBE,GGA-PW91和LDA)分別對CuO體相的幾何參數(shù)進行優(yōu)化計算,并與實驗值比較,來驗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算需要。
　　構建了較好表征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理。結果表明:在氧終端表面,Hg0和HgCl2的吸附行為是物理吸附過程,HgCl的吸附行為則是化學吸附過程;在銅終端表面,Hg0、HgCl和HgCl2的吸附行為均是化學吸附過程。Cu在Hg0與表面的反應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原子結合,而不是O原子結合,進一步的態(tài)密度分析推測Hg原子與表面Cu原

4、子通過電子軌道雜化發(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,且與吸附表面結合后不容易發(fā)生脫附反應。
　　探討了煙氣成分(HCl、NO、NH3和SO2)對CuO脫除汞的影響機理。在CuO(110)氧終端表面,HCl通過Eley-Rideal機制影響汞的氧化;NO對汞的氧化沒有明顯的抑制作用;NH3阻礙Hg0的吸附;SO2對Hg0在表面的吸附和氧化過程基本沒有影響。在CuO(110)銅終端表面,H