基于密度泛函理论的燃煤飞灰未燃尽碳与烟气砷作用机理

基于密度泛函理论研究了燃煤飞灰中未燃尽碳(unburned carbon,UBC)组分对气态单质砷As及其氧化物AsO、AsO₂和As₂O₃的作用机理。结果表明,单质砷优先吸附于碳桥位,吸附能在(-5.95)-(-5.88)eV。AsO分子中的砷、氧原子分别与碳原子成键时,吸附构型最稳定,吸附能最低为-7.87eV。当AsO₂在未燃尽碳表面解离形成一个AsO和表面活性氧时,体系最稳定,吸附能为-10.65eV。当三角双锥As₂O₃分子以两个氧原子首先碰撞未燃尽碳表面时,将解离形成AsO和AsO₂小分子,并分别与表面碳成键,此时体系吸附能相较于未解离情形而言显著降低,达到-10.64eV。飞灰未燃尽碳与AsO或AsO₂小分子的结合较紧密,局部倾向于形成特殊的五元环结构。毒性最强的三价态砷As₂O₃,相较于As、AsO和AsO₂而言,化学性质稳定,不易...     

基于密度泛函理论的燃煤飞灰未燃尽碳与烟气砷作用机理

基于密度泛函理论研究了燃煤飞灰中未燃尽碳（unburned carbon， UBC）组分对气态单质砷As及其氧化物AsO、AsO₂和As₂O₃的作用机理。结果表明，单质砷优先吸附于碳桥位，吸附能在（-5.95）-（-5.88） eV。AsO分子中的砷、氧原子分别与碳原子成键时，吸附构型最稳定，吸附能最低为-7.87 eV。当AsO₂在未燃尽碳表面解离形成一个AsO和表面活性氧时，体系最稳定，吸附能为-10.65 eV。当三角双锥As₂O₃分子以两个氧原子首先碰撞未燃尽碳表面时，将解离形成AsO和AsO₂小分子，并分别与表面碳成键，此时体系吸附能相较于未解离情形而言显著降低，达到-10.64 eV。飞灰未燃尽碳与AsO或AsO₂小分子的结合较紧密，局部倾向于形成特殊的五元环结构。毒性最强的三价态砷As₂O₃，相较于As、AsO和AsO₂而言，化学性质稳定，不易发生吸附。将其催化裂解为AsO、AsO₂小分子，有望成为可行的燃煤电厂烟气砷污染控制措施。     

H_2O对SO_2在CaO表面上吸附的影响理论研究

采用密度泛函理论研究了H_2O对SO_2在CaO(001)表面上吸附的影响。结果表明,以四种形式(-H_2O、-H、-OH和-H-OH)存在的H_2O使SO_2在CaO表面上的吸附构型发生改变。SO_2在不同形式H_2O基团邻位吸附时,-H使S原子的p轨道态密度峰明显左移且吸附能比洁净表面大90 kJ/mol,其余基团表面吸附能无明显变化;SO_2吸附于-OH和-H-OH生成HSO_3基团,吸附能相比于洁净表面较小,可能作为暂态结构;SO_2吸附于-H_2O生成SO_3基团,H_2O断键生成的H基团起主要吸附作用,CaO表面上生成类似Ca(OH)_2的局部结构且吸附能比洁净表面大45 kJ/mol。     

重金属的生物吸附机理及吸附平衡模式研究*

各种生物吸附剂包括海洋微生物、发酵工业的菌丝体废渣及活性污泥的提取物等对金属离子的吸附特性已被广泛研究,本文就生物体对金属离子的吸附机理及吸附平衡模式研究进行了综述,阐明了今后的研究方向。     

燃煤飞灰中矿物质对烟气中As、Se、Pb形态分布影响的热力学研究

基于热力学平衡的原理,研究了燃煤烟气中As、Se、Pb三种重金属与飞灰中主要矿物质CaO、Al₂O₃、Fe₂O₃、MgO的反应。结果表明,As在1600 K时与CaO反应开始生成Ca₃(AsO₄)₂,且随着CaO含量的增大,Ca₃(AsO₄)₂的温度区间变窄,说明CaO对煤中As的挥发有抑制作用;As与Al₂O₃在1700 K时开始反应,随着温度降低最后全部以AlAsO₄的形式存在; As与Fe₂O₃反应生成FeAsO₄;As与MgO在600-1500 K以Mg₃(AsO₄)₂(s)形式存在,低于600 K时转化为As₂O₅(s)。...     

铈改性增强OMS-2汞氧化催化剂抗硫性能的机理研究

针对氧化锰八面体分子筛(OMS-2)在催化氧化单质汞过程中抗硫性能差的问题,采用铈(Ce)对OMS-2催化剂进行改性提高其抗硫性。通过热力学分析、固定床实验、氮吸附、XRD、ICP和XPS等表征手段,研究了铈增强OMS-2抗硫能力的原因。结果表明,Ce改性得到的催化剂比表面积大、空隙结构丰富,可以在催化剂表面通过化学吸附吸附更多的Hg⁰;Ce改性得到的催化剂会造成Mn缺陷生成,提高电子迁移率,使得吸附氧(O_β)占比高,可提供更多的活性位点;OMS-2催化剂表面氧化的HgO可经不同浓度的SO₂还原为Hg⁰或者HgSO₄,但Ce改性得到的催化剂可使该部分还原产物迅速重新氧化成HgO,提高了表观Hg⁰氧化效率。该研究结果可为开发高性能抗硫汞氧化催化剂提供理论依据。     

矿物质氧化物对燃煤烟气中砷/铅的吸附特性研究

选取典型的矿物质氧化物为吸附剂,在两段式固定床反应器中研究了模拟烟气气氛下吸附剂吸附As₂O₃、PbO的特性,吸附反应的原子态密度、吸附位、吸附能等通过密度泛函理论(DFT)计算获得。结果表明,CaO的砷吸附容量最大,900℃吸附砷容量为5.25 mg/g;其次是Fe₂O₃、MgO、Al₂O₃,吸附的砷以As³⁺和As⁵⁺的砷酸盐形式存在,高岭土和飞灰具有较大的PbO吸附容量,最大吸附容量分别为6.69和2.75 mg/g;其次是SiO₂和Al₂O₃,并且50%SiO₂/50%Al₂O₃混合吸附剂的铅吸附容量高于单一氧化物,吸附剂表面O原子是As₂O₃的吸附活性位点,吸附剂暴露的不饱和Si和Al原子是PbO的吸附活性位点,此外温度、烟气气氛...     

CaO基吸附剂捕集CO2及其抗烧结改性研究进展

利用CaO基吸附剂直接从高温烟气中捕集CO2因成本低、吸附性能好等优点成为CCUS(碳捕集、利用与封存)的重要技术之一.但CaO基吸附剂在碳酸化/煅烧吸脱附循环过程中存在易烧结的问题,导致其吸附性能急剧下降.本研究针对CaO基吸附剂全面总结了其吸附CO2的动力学、热力学及烧结机理,并重点综述了世界各国研究者在CaO基吸...     

铈掺杂氧化锌（1000）晶面的SO2吸附性能研究

基于密度泛函理论,仿真建立了铈（Ce）掺杂氧化锌ZnO（1000）晶面的SO₂分子吸附模型,并计算了其吸附能、电荷转移量、吸附距离、电子态密度及脱附时间以探究吸附及脱附特性.计算得到Ce掺杂ZnO（1000）晶面的SO₂吸附结构有较大的吸附能（-1.66 eV）,且在温度为398 K时,该体系具有符合实际传感检测过程的脱附时间（1.433×10³ s）.结果表明Ce掺杂ZnO（1000）晶面对SO₂分子显示出优异的吸脱附性能.     

改性蜂窝煤渣的吸附性能及机理研究

用三乙醇胺(TEA)、溴化十八烷基三甲胺(OTMAB)、溴化十六烷基三甲胺(CTMAB)、溴化十二烷基三甲胺(DTMAB)改性蜂窝煤渣，研究了改性蜂窝煤渣吸附水中苯胺、硝基苯、萘的适宜条件、性能及机理．结果表明，改性蜂窝煤渣有机碳含量、吸附性能及作用机理与改性时所用的改性剂有关．     

高岭石与水分子相互作用的理论研究

为从微观角度深入探讨单个水分子与高岭石最易解理晶面不同暴露末端的作用特点,本工作通过密度泛函理论的计算方法对不同吸附形态的水分子与不同暴露末端的稳定作用构型进行几何结构与电子结构分析.吸附能的计算结果表明水分子在铝氧八面体羟基作为暴露末端的表面上最稳定的吸附方式为水分子的氧原子和氢原子分别与相邻两个羟基的氢原子和氧原子...     

矿物质氧化物对燃煤烟气中砷/铅的吸附特性研究

选取典型的矿物质氧化物为吸附剂，在两段式固定床反应器中研究了模拟烟气气氛下吸附剂吸附As₂O₃、PbO的特性，吸附反应的原子态密度、吸附位、吸附能等通过密度泛函理论（DFT）计算获得。结果表明，CaO的砷吸附容量最大，900 ℃吸附砷容量为5.25 mg/g；其次是Fe₂O₃、MgO、Al₂O₃，吸附的砷以As³⁺和As⁵⁺的砷酸盐形式存在，高岭土和飞灰具有较大的PbO吸附容量，最大吸附容量分别为6.69和2.75 mg/g；其次是SiO₂和Al₂O₃，并且50%SiO₂/50%Al₂O₃ 混合吸附剂的铅吸附容量高于单一氧化物，吸附剂表面O原子是As₂O₃的吸附活性位点，吸附剂暴露的不饱和Si和Al原子是PbO的吸附活性位点，此外温度、烟气气氛对吸附容量和吸附产物有显著影响。     

木聚糖单体热解机理的理论研究

采用Gaussian 03程序中的密度泛函（DFT）理论B3LYP/6-31＋＋G（d,p）方法,对木聚糖一个循环单元的热解机理进行了理论研究.设计了八条热解路径,对每条路径中反应物、中间体、过渡态和产物进行能量梯度全优化,并对过渡态进行了IRC验证,在298～1098 K温度范围内计算了每个路径的热力学及动力学参数....     

氢原子与Fe(111)表面相互作用的理论研究

氢自由基在Fe表面的吸附是典型的表面吸附反应.本文首先对α-Fe体相开展研究,再对Fe(111)的周期性平板模型进行了参数测试,确定了7层模型可以有效表示Fe(111)表面.研究了氢原子在Fe的刚性表面和柔性表面上的吸附情况,发现弛豫效应主要集中在上3层表面,而底层4层原子几乎未发生驰豫.发现氢原子在Fe(111)表面...     

水分子和二氧化铈(111)表面相互作用的DFT+U研究

采用引入Hubbard参数U修正的密度泛函理论(DFT+U)方法, 对水分子在二氧化铈(111)表面的吸附作用进行了研究. 计算结果表明: 在氧化的二氧化铈(111)表面, 水分子以单氢键构型吸附在二氧化铈表面, 但是不能自发解离; 在还原的二氧化铈(111)表面, 水分子或化学吸附在衬底上, 或自发解离成表面羟基结构. 与氢气在氧化的二氧化铈(111)表面上物理吸附体系的总能相比, 羟基化表面构型是能量更低的构型, 所以羟基解离形成氢气, 从而使表面被氧化的过程需要有外部条件, 反应不能自发进行. 因此, 水分子在还原的二氧化铈(111)表面有两个可能的状态, 即无氢键结构的化学吸附和表面羟基结构的解离吸附. 在一定的外部条件下, 表面羟基结构进一步解离形成氢气, 并使还原的二氧化铈(111)表面得以氧化.     

煤气化渣脱除燃煤烟气中汞的性能研究

汞作为一种重金属污染物,对环境和人体健康影响很大,如何对其高效脱除已引起了研究者的广泛关注。本研究使用煤气化渣及其分选后样品作为脱汞吸附剂,通过固定床和气流床脱汞实验考察了吸附剂的脱汞性能,利用N_2吸附-脱附、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)等表征手段分析了吸附剂的物化特性。固定床脱汞评价结果显示,OS和HCS在60-120℃保持91%以上的脱汞效率;HAS在60℃有最高97%的脱汞效率,HAS的脱汞活性受脱汞温度影响较大。Hg-TPD和XPS表征结果表明,吸附剂中的化学吸附氧参与了汞的氧化,在吸附剂表面生成HgO。气流床脱汞评价结果表明,OS和HCS在碳汞比为40000,脱汞温度为60℃时,脱汞效率分别为56%、57%;当碳汞比为80000,脱汞温度为60℃时,脱汞效率分别为100%、82%。     

Co掺杂铁基氧化物吸附剂燃煤烟气脱汞实验研究

使用柠檬酸法制备了Co掺杂的铁基氧化物(FeCo)吸附剂,通过固定床脱汞实验装置系统考察了FeCo吸附剂的脱汞性能,并利用比表面积(BET)、X射线衍射(XRD)、H₂-程序升温还原(H₂-TPR)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)等表征手段分析吸附剂的物理化学特性。结果表明,α-Fe₂O₃中掺入Co后,比表面积、孔结构特性均得到改善,且氧化还原性能也相应提升;FeCo吸附剂在200-250℃获得最高约97%的脱汞效率;烟气中O₂和NO的存在有助于FeCo吸附剂对Hg⁰的脱除,而SO₂和H₂O则抑制FeCo吸附剂对Hg⁰的脱除,同时NO能削弱SO₂对FeCo脱汞的抑制作用。在脱汞过程中,FeCo吸附剂表面的活性组分Fe³⁺、Co³⁺和O^*均消耗,参与了Hg⁰氧...     

同晶置换改性FAU分子筛结构及吸附性能的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法,考察了八面沸石(FAU)型分子筛β笼孔道结构内含氧化合物(甲醇、二甲醚、丙醛)的吸附,并进一步计算研究了Zn,Ca同晶置换改性的作用机理.研究结果表明,β笼孔道结构内,Al原子为甲醇、二甲醚和丙醛的吸附活性位,Si原子无吸附活性.Zn,Ca掺杂的β笼结构内,正2价的Zn和Ca掺杂替换正3价的Al,导致邻近的Si原子位置形成缺电子空穴,增强了甲醇、二甲醚和丙醛的吸附,而杂原子Zn和Ca本身并没有吸附活性.     

污泥热解中HCN与CaO的反应机理:密度泛函理论研究

采用密度泛函理论对污泥热解中CaO与HCN在低温段的反应进行了研究。在B3LYP/6-311++(3df,2p)水平上计算得到了反应路径上各驻点的几何构型与频率,并在此构型上使用CCSD(T)/cc-pVQZ进行单点能计算。结果表明,两个HCN分子吸附于CaO后,质子发生转移时出现反应路径中最大能垒(310.33 kJ/mol)。使用经典过渡态理论拟合了反应中各步骤的阿累尼乌斯公式,计算了三种典型温度下各步骤的反应速率,发现质子转移为该反应的决速步骤,且温度越高CaO对HCN的作用效果越好。     

巴豆醛在Au(111)面上的吸附及选择性加氢机理研究

采用密度泛函理论计算了巴豆醛4种构型的稳定性,并选取最优构型进一步研究了其Au(111)面上的吸附及选择性加氢机理.计算结果表明,具有E-(s)-trans构型的巴豆醛稳定性最高.当巴豆醛通过C O吸附于Au(111)面的顶位时,该构型吸附能最大,吸附模型最稳定;巴豆醛向Au(111)表面转移电子0.045e,且其p轨道与金属表面的d轨道发生较强相互作用,使得巴豆醛的键级减弱.此外,通过分析各基元反应的活化能、反应热以及构型变化可知,巴豆醛在Au(111)面上按照2,1-加成机理(部分加氢机理)生成巴豆醇的可能性最大,且降低温度有利于反应转化率的提高.