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
发布时间：2021-11-03 08:56
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...
【文章来源】：燃料化学学报. 2020,48(11)北大核心EICSCD
【文章页数】：13 页
【部分图文】：
未燃尽碳模型示意图
烟气中气态AsO、AsO2和As2O3分子的建模与几何优化结果如图2所示[12],相应的键长和Mulliken电荷见表1和表2。AsO分子显然呈现直线构型,其中,As-O键长为0.1667 nm。稳定构型的AsO2呈现“V”字型对称结构,其中,As-O键长为0.1680 nm,键角∠O(2)-As-O(1)为127.537°。当As2O3分子呈现空间对称的三角双锥结构时,其总能最低,是热力学稳定的优先构型。其As-O和As-As键长分别为0.1897和0.2452 nm。AsO2分子中的砷化合价最高,失去最多电荷,Mulliken电荷为0.906 e,AsO分子中的砷失去电荷最少,Mulliken电荷为0.493 e,而As2O3介于两者之间。表 1 气态砷氧化物分子的键长或原子间距Table 1 Bond length or interatomic distance of thegaseous arsenic oxide molecules Species Bond length or interatomic distance /nm AsO As-O 0.1667 AsO2 As-O(1) As-O(2) 0.1680 0.1680 As2O3 As(1)-As(2) As(1)-O(1) As(1)-O(2) As(1)-O(3) As(2)-O(1) As(2)-O(2) As(2)-O(3) 0.2452 0.1897 0.1894 0.1897 0.1895 0.1900 0.1896
气态单质砷As在未燃尽碳表面吸附的初始构型见图3。考虑到空间对称性,且为避免边缘的碳活性点位对结论的影响[29],选择C(3)桥位、C(4)顶位和C(5)桥位为初始吸附点位,并依次记为I、II和III。将单质砷As分别置于上述吸附点位,并进行几何优化,最终吸附构型及吸附能见图4。初始和最终构型的对应关系见表3,相关键长(原子间距)和Mulliken电荷见表4、表5和表6(下同)。图 4 气态单质砷吸附于未燃尽碳的最终构型
【参考文献】：
期刊论文
[1]Co掺杂铁基氧化物吸附剂燃煤烟气脱汞实验研究[J]. 王永兴,黄亚继,董璐,袁琦,丁守一,程好强,王圣,段钰锋. 燃料化学学报. 2020(07)
[2]O2对燃煤烟气中As2O3均相反应生成途径影响研究[J]. 闫傲,张月,王春波,白涛,赵斌. 燃料化学学报. 2020(01)
[3]燃煤电厂细微颗粒物脱除技术研究新进展[J]. 徐明厚,王文煜,温昶,于敦喜,刘小伟. 中国电机工程学报. 2019(22)
[4]燃煤电厂吸附剂喷射脱汞技术的研究进展[J]. 周强,段钰锋,卢平. 化工进展. 2018(11)
[5]CO2在Fe3O4（111）表面的吸附结构及能量研究（英文）[J]. 杨涛,刘金家,王艳丹,温晓东,申宝剑. 燃料化学学报. 2018(09)
[6]溴素改性ESP飞灰脱汞机理的实验研究[J]. 陈明明,段钰锋,李佳辰,周强,柳帅,刘猛. 中国电机工程学报. 2017(11)
[7]Hydrothermal synthesis of calcium sulfate whisker from flue gas desulfurization gypsum[J]. Chengjun Liu,Qing Zhao,Yeguang Wang,Peiyang Shi,Maofa Jiang. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2016(11)
[8]Preparation and characterization of high-strength calcium silicate boards from coal-fired industrial solid wastes[J]. Zhao Cao,Yong-dan Cao,Jin-shan Zhang,Chun-bao Sun,Xian-long Li. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2015(08)
[9]V2O5-WO3/TiO2系SCR催化剂的钾中毒及再生方法[J]. 云端,邓斯理,宋蔷,姚强. 环境科学研究. 2009(06)
[10]V2O5-WO3/TiO2 SCR催化剂的失活机理及分析[J]. 云端,宋蔷,姚强. 煤炭转化. 2009(01)
本文编号：3473404
【文章来源】：燃料化学学报. 2020,48(11)北大核心EICSCD
【文章页数】：13 页
【部分图文】：
未燃尽碳模型示意图
烟气中气态AsO、AsO2和As2O3分子的建模与几何优化结果如图2所示[12],相应的键长和Mulliken电荷见表1和表2。AsO分子显然呈现直线构型,其中,As-O键长为0.1667 nm。稳定构型的AsO2呈现“V”字型对称结构,其中,As-O键长为0.1680 nm,键角∠O(2)-As-O(1)为127.537°。当As2O3分子呈现空间对称的三角双锥结构时,其总能最低,是热力学稳定的优先构型。其As-O和As-As键长分别为0.1897和0.2452 nm。AsO2分子中的砷化合价最高,失去最多电荷,Mulliken电荷为0.906 e,AsO分子中的砷失去电荷最少,Mulliken电荷为0.493 e,而As2O3介于两者之间。表 1 气态砷氧化物分子的键长或原子间距Table 1 Bond length or interatomic distance of thegaseous arsenic oxide molecules Species Bond length or interatomic distance /nm AsO As-O 0.1667 AsO2 As-O(1) As-O(2) 0.1680 0.1680 As2O3 As(1)-As(2) As(1)-O(1) As(1)-O(2) As(1)-O(3) As(2)-O(1) As(2)-O(2) As(2)-O(3) 0.2452 0.1897 0.1894 0.1897 0.1895 0.1900 0.1896
气态单质砷As在未燃尽碳表面吸附的初始构型见图3。考虑到空间对称性,且为避免边缘的碳活性点位对结论的影响[29],选择C(3)桥位、C(4)顶位和C(5)桥位为初始吸附点位,并依次记为I、II和III。将单质砷As分别置于上述吸附点位,并进行几何优化,最终吸附构型及吸附能见图4。初始和最终构型的对应关系见表3,相关键长(原子间距)和Mulliken电荷见表4、表5和表6(下同)。图 4 气态单质砷吸附于未燃尽碳的最终构型
【参考文献】：
期刊论文
[1]Co掺杂铁基氧化物吸附剂燃煤烟气脱汞实验研究[J]. 王永兴,黄亚继,董璐,袁琦,丁守一,程好强,王圣,段钰锋. 燃料化学学报. 2020(07)
[2]O2对燃煤烟气中As2O3均相反应生成途径影响研究[J]. 闫傲,张月,王春波,白涛,赵斌. 燃料化学学报. 2020(01)
[3]燃煤电厂细微颗粒物脱除技术研究新进展[J]. 徐明厚,王文煜,温昶,于敦喜,刘小伟. 中国电机工程学报. 2019(22)
[4]燃煤电厂吸附剂喷射脱汞技术的研究进展[J]. 周强,段钰锋,卢平. 化工进展. 2018(11)
[5]CO2在Fe3O4（111）表面的吸附结构及能量研究（英文）[J]. 杨涛,刘金家,王艳丹,温晓东,申宝剑. 燃料化学学报. 2018(09)
[6]溴素改性ESP飞灰脱汞机理的实验研究[J]. 陈明明,段钰锋,李佳辰,周强,柳帅,刘猛. 中国电机工程学报. 2017(11)
[7]Hydrothermal synthesis of calcium sulfate whisker from flue gas desulfurization gypsum[J]. Chengjun Liu,Qing Zhao,Yeguang Wang,Peiyang Shi,Maofa Jiang. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2016(11)
[8]Preparation and characterization of high-strength calcium silicate boards from coal-fired industrial solid wastes[J]. Zhao Cao,Yong-dan Cao,Jin-shan Zhang,Chun-bao Sun,Xian-long Li. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2015(08)
[9]V2O5-WO3/TiO2系SCR催化剂的钾中毒及再生方法[J]. 云端,邓斯理,宋蔷,姚强. 环境科学研究. 2009(06)
[10]V2O5-WO3/TiO2 SCR催化剂的失活机理及分析[J]. 云端,宋蔷,姚强. 煤炭转化. 2009(01)
本文编号：3473404
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