燃煤烟气中单质汞的吸附及催化氧化机理研究
发布时间：2021-03-04 10:27
汞作为燃煤电厂烟气中一种危害巨大且较难脱除的污染物,对其脱除的过程及机理的研究具有重要应用价值。由于现有的实验和表征手段具有局限性,对全面揭示脱汞催化剂在微观尺度上的结构特性及反应机理造成了极大阻碍。本文采用基于密度泛函理论的量子化学计算对燃煤电厂烟气中汞的吸附及催化氧化机理进行研究。本文首先研究了飞灰中CaO和MgO对汞的脱除机理,建立了周期性CaO（100）和MgO（001）表面结构模型。在CaO（100）表面上,Hg0为物理吸附,HCl发生解离吸附,HgCl为化学吸附,HgC12为弱化学吸附,表面上形成的中间体HgCl能够继续结合一个Cl自由基生成较易脱除的HgC12。而在MgO（001）表面上,Hg0、HgCl、HgC12均为弱化学吸附,且表面上无法形成Hg0氧化反应的中间体HgCl,因此该表面对汞的脱除没有明显的促进作用。论文进一步以近年来广泛应用的钒基商业SCR脱硝催化剂为研究对象,考察其在HC1氛围下的Hg0氧化反应机理。本文建立了周期性V205（001）表面结构模型,计算了 Hg0、HgCl、HgC12以及HC1在V2O5（001）表面的吸附构型及其能量,由此提出Hg0...
【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－３?Ｚｈａｎｇ等提出的Ｍｎ０２（ｌ?１０）表面丨丨ｇ°的氧化反应路径１４９１??Ｃｅ０２是一种成本低、无毒性以及低温下（２００？２５０°Ｃ）催化活性高的Ｈｇ１５氧??
Ｃ１发生反应生成ＨｇＣｌ２。因为这两步反应的能垒都远低于由Ｈｇ１１直接生成ＨｇＣｌ２??的能垒，因此Ｈｇ１１在ＭｎＯ２（１１０）表面的氧化反应路径为Ｈｇ１＂—ＨｇＣｌ—ＨｇＣｌ２，其??中ＨｇＣｌ—ＨｇＣｌ２是速控步骤，如图１－３所示。??ＨｇＣｌ，??？?ＨＣ１?ｐ?？??＇?ＨｇＣｌ?了??▲?，ＨｈＭ?ｎ＂＿?ｆｔ?＾?，，，０，，＾?＞??ＭｎＯ２（１１０）?Ｓｕｒｆａｃｅ??图１－３?Ｚｈａｎｇ等提出的Ｍｎ０２（ｌ?１０）表面丨丨ｇ°的氧化反应路径１４９１??Ｃｅ０２是一种成本低、无毒性以及低温下（２００？２５０°Ｃ）催化活性高的Ｈｇ１５氧??化活性成分，近年来受到广泛的关注与研究Ｎ９，５（）｜。以丁丨０２为载体的Ｃｅ０２基氧化??剂在２００？２５０°Ｃ范围内对ＨｇＧ的氧化效率可达９０％以上｜５１１。热力学稳定性计算分??析表明，完整的Ｃｅ〇２?（１１１）表面是最稳定的表面，表面的质子化可在低氧分压条??件下发生，加氯的表面能够在低ＨＣ１浓度下稳矩＃在，Ｈ＿完整的表面可与氯化??表面共存。Ｈｇｆｌ在Ｃｅ０２（ｌｌｌ）表Ｍ的吸附为物理吸附，ｆＮ．是当Ｃ丨提前吸附到表而??的０原子位点上时，在表Ｉｆｌｌ＇为化学吸附
Ｖｉ＊－??Ｃｅ０２（ｌ?１１）?Ｓｕｒｆａｃｅ??图１－４?Ｚｈａｎｇ等提出的Ｃｅ０２（?１１１）表面Ｈｇ＾的氧化反应路径ｔ５２］??Ｃ０３Ｏ４基氧化剂己广泛用于ＣＯ及有机化合物的燃烧以及废气治理中［５３］。在??Ｃ〇３０４晶体的尖晶石结构中，Ｃｏ３＋为八面体配位，Ｃｏ２＋为四面体配位，其中Ｃ〇３＋??是氧化活性位，而Ｃｏ２＋几乎没有活性。实验研究也表明，以活性炭及Ｙ－Ａ１２０３为??载体的Ｃ〇３０４基氧化剂对Ｈｇ＾都有较好的催化氧化性能［５４＇５５］。其活性组分Ｃ〇３０４??氧化Ｈｇ（＞的内在机理也得到了深入的研宄。ＤＦＴ理论计算结果表明［５６］，ＨｇＧ在??Ｃ〇３Ｏ４（１１０）表面的吸附为化学吸附，其最稳定的吸附构型为Ｈｇ原子吸附于表面??四５１位的０原子上。但是，四配位０原子附近的Ｃｏ３＋电荷转移数最多，这说明??Ｃｏ３＋才是Ｈｇ＾在Ｃｏ３Ｏ４（１１０）表面最直接的反应活性位点。Ｈｇ的ｓ轨道和Ｃｏ的ｐ??轨道、ｄ轨道之间，以及Ｈｇ的ｄ轨道和Ｃｏ的ｓ轨道、ｐ轨道之间的杂化，导致??了?Ｃ〇３〇４（１１０）表面对Ｈｇ＾的高反应活性，如图卜５所示。另外，随着温度的降低，??ＨｇＧ的的吸附平衡常数升高；Ｃｏ３〇４（ｌｌ〇）表面上的平衡常数要高于ＣａＯ
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国燃煤电厂汞的物质流向与汞排放研究[J]. 惠霂霖,张磊,王祖光,王书肖. 中国环境科学. 2015(08)
[2]同时脱硫脱硝脱汞技术研究概述[J]. 赵毅,郝润龙,齐萌,郭青. 中国电力. 2013(10)
[3]强化SCR脱硝催化剂转化零价汞的初步研究[J]. 陈杰,晏乃强,瞿赞,贾金平. 环境科学与技术. 2013(05)
[4]300MW燃煤电厂ESP和WFGD对烟气汞的脱除特性[J]. 李志超,段钰锋,王运军,黄治军,孟素丽,沈解忠. 燃料化学学报. 2013(04)
[5]中国燃煤汞排放及活性炭脱汞技术[J]. 牛丽丽,徐超,刘维屏. 环境科学与技术. 2012(09)
[6]燃煤电站烟气中汞脱除与减排技术[J]. 张静怡. 中国电力. 2012(09)
[7]Ce掺杂低钒V2O5-WO3/TiO2催化剂脱除烟气元素汞的研究[J]. 万奇,段雷,贺克斌,陈亮,李俊华. 环境科学. 2011(09)
[8]TiO2-硅酸铝纤维纳米复合材料光催化脱硫脱硝脱汞的实验研究[J]. 袁媛,赵永椿,张军营,王宇翔,陈玉民,郑楚光. 中国电机工程学报. 2011(11)
[9]飞灰各组分对汞形态转化的影响[J]. 黄华伟,罗津晶. 中国电机工程学报. 2010(S1)
[10]全国燃煤电站汞排放量估算[J]. 胡长兴,周劲松,何胜,骆仲泱,岑可法. 热力发电. 2010(02)
硕士论文
[1]γ-Al2O3脱除硫化氢和汞的理论研究[D]. 刘小伟.太原理工大学 2015
[2]煤气和燃煤烟气中铁基氧化物脱汞机理研究[D]. 牛晓琦.太原理工大学 2014
[3]基于密度泛函理论的汞与氧化铁气固反应机理研究[D]. 刘涛.华中科技大学 2012
[4]氧化铜对燃煤烟气汞的气固吸附机理研究[D]. 向文娟.华中科技大学 2012
本文编号：3063053
【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－３?Ｚｈａｎｇ等提出的Ｍｎ０２（ｌ?１０）表面丨丨ｇ°的氧化反应路径１４９１??Ｃｅ０２是一种成本低、无毒性以及低温下（２００？２５０°Ｃ）催化活性高的Ｈｇ１５氧??
Ｃ１发生反应生成ＨｇＣｌ２。因为这两步反应的能垒都远低于由Ｈｇ１１直接生成ＨｇＣｌ２??的能垒，因此Ｈｇ１１在ＭｎＯ２（１１０）表面的氧化反应路径为Ｈｇ１＂—ＨｇＣｌ—ＨｇＣｌ２，其??中ＨｇＣｌ—ＨｇＣｌ２是速控步骤，如图１－３所示。??ＨｇＣｌ，??？?ＨＣ１?ｐ?？??＇?ＨｇＣｌ?了??▲?，ＨｈＭ?ｎ＂＿?ｆｔ?＾?，，，０，，＾?＞??ＭｎＯ２（１１０）?Ｓｕｒｆａｃｅ??图１－３?Ｚｈａｎｇ等提出的Ｍｎ０２（ｌ?１０）表面丨丨ｇ°的氧化反应路径１４９１??Ｃｅ０２是一种成本低、无毒性以及低温下（２００？２５０°Ｃ）催化活性高的Ｈｇ１５氧??化活性成分，近年来受到广泛的关注与研究Ｎ９，５（）｜。以丁丨０２为载体的Ｃｅ０２基氧化??剂在２００？２５０°Ｃ范围内对ＨｇＧ的氧化效率可达９０％以上｜５１１。热力学稳定性计算分??析表明，完整的Ｃｅ〇２?（１１１）表面是最稳定的表面，表面的质子化可在低氧分压条??件下发生，加氯的表面能够在低ＨＣ１浓度下稳矩＃在，Ｈ＿完整的表面可与氯化??表面共存。Ｈｇｆｌ在Ｃｅ０２（ｌｌｌ）表Ｍ的吸附为物理吸附，ｆＮ．是当Ｃ丨提前吸附到表而??的０原子位点上时，在表Ｉｆｌｌ＇为化学吸附
Ｖｉ＊－??Ｃｅ０２（ｌ?１１）?Ｓｕｒｆａｃｅ??图１－４?Ｚｈａｎｇ等提出的Ｃｅ０２（?１１１）表面Ｈｇ＾的氧化反应路径ｔ５２］??Ｃ０３Ｏ４基氧化剂己广泛用于ＣＯ及有机化合物的燃烧以及废气治理中［５３］。在??Ｃ〇３０４晶体的尖晶石结构中，Ｃｏ３＋为八面体配位，Ｃｏ２＋为四面体配位，其中Ｃ〇３＋??是氧化活性位，而Ｃｏ２＋几乎没有活性。实验研究也表明，以活性炭及Ｙ－Ａ１２０３为??载体的Ｃ〇３０４基氧化剂对Ｈｇ＾都有较好的催化氧化性能［５４＇５５］。其活性组分Ｃ〇３０４??氧化Ｈｇ（＞的内在机理也得到了深入的研宄。ＤＦＴ理论计算结果表明［５６］，ＨｇＧ在??Ｃ〇３Ｏ４（１１０）表面的吸附为化学吸附，其最稳定的吸附构型为Ｈｇ原子吸附于表面??四５１位的０原子上。但是，四配位０原子附近的Ｃｏ３＋电荷转移数最多，这说明??Ｃｏ３＋才是Ｈｇ＾在Ｃｏ３Ｏ４（１１０）表面最直接的反应活性位点。Ｈｇ的ｓ轨道和Ｃｏ的ｐ??轨道、ｄ轨道之间，以及Ｈｇ的ｄ轨道和Ｃｏ的ｓ轨道、ｐ轨道之间的杂化，导致??了?Ｃ〇３〇４（１１０）表面对Ｈｇ＾的高反应活性，如图卜５所示。另外，随着温度的降低，??ＨｇＧ的的吸附平衡常数升高；Ｃｏ３〇４（ｌｌ〇）表面上的平衡常数要高于ＣａＯ
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国燃煤电厂汞的物质流向与汞排放研究[J]. 惠霂霖,张磊,王祖光,王书肖. 中国环境科学. 2015(08)
[2]同时脱硫脱硝脱汞技术研究概述[J]. 赵毅,郝润龙,齐萌,郭青. 中国电力. 2013(10)
[3]强化SCR脱硝催化剂转化零价汞的初步研究[J]. 陈杰,晏乃强,瞿赞,贾金平. 环境科学与技术. 2013(05)
[4]300MW燃煤电厂ESP和WFGD对烟气汞的脱除特性[J]. 李志超,段钰锋,王运军,黄治军,孟素丽,沈解忠. 燃料化学学报. 2013(04)
[5]中国燃煤汞排放及活性炭脱汞技术[J]. 牛丽丽,徐超,刘维屏. 环境科学与技术. 2012(09)
[6]燃煤电站烟气中汞脱除与减排技术[J]. 张静怡. 中国电力. 2012(09)
[7]Ce掺杂低钒V2O5-WO3/TiO2催化剂脱除烟气元素汞的研究[J]. 万奇,段雷,贺克斌,陈亮,李俊华. 环境科学. 2011(09)
[8]TiO2-硅酸铝纤维纳米复合材料光催化脱硫脱硝脱汞的实验研究[J]. 袁媛,赵永椿,张军营,王宇翔,陈玉民,郑楚光. 中国电机工程学报. 2011(11)
[9]飞灰各组分对汞形态转化的影响[J]. 黄华伟,罗津晶. 中国电机工程学报. 2010(S1)
[10]全国燃煤电站汞排放量估算[J]. 胡长兴,周劲松,何胜,骆仲泱,岑可法. 热力发电. 2010(02)
硕士论文
[1]γ-Al2O3脱除硫化氢和汞的理论研究[D]. 刘小伟.太原理工大学 2015
[2]煤气和燃煤烟气中铁基氧化物脱汞机理研究[D]. 牛晓琦.太原理工大学 2014
[3]基于密度泛函理论的汞与氧化铁气固反应机理研究[D]. 刘涛.华中科技大学 2012
[4]氧化铜对燃煤烟气汞的气固吸附机理研究[D]. 向文娟.华中科技大学 2012
本文编号：3063053
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