飞灰中未燃尽碳及氧化钙表面吸附砷的机理研究

发布时间：2020-07-04 08:51

【摘要】：随着世界工业化程度的加强,化石燃料的燃烧,大气环境逐渐遭到破坏,人类健康受到进一步威胁,燃煤电站的污染物排放问题已成为人们关注的热点。本文旨在利用量子化学计算方法,研究燃煤电站中砷元素在飞灰组分上的富集作用,在簇模型理论基础上建立了飞灰中未燃尽碳及氧化钙表面模型,在密度泛函理论基础上计算得到AsO和As_2O_3分子在未燃尽碳及氧化钙表面的吸附构型,利用吸附能、吸附键长、原子电荷等参数进一步理解其中的吸附过程及吸附机理,为加强砷元素在飞灰上的富集、减轻燃煤电站的砷污染提供了理论指导。量化计算结果表明AsO和As_2O_3分子以物理吸附和化学吸附的形式存在于未燃尽碳表面,其中物理吸附作用较弱,吸附稳定性较低。HCl和NO气体能够影响砷在未燃尽碳表面的富集作用,两种气体均在一定程度上提高了锯齿位未燃尽碳对AsO和As_2O_3的吸附能力,其中NO的提升效应更加明显,同时以上两种气体也提高了扶手位未燃尽碳对AsO的吸附能力,但抑制了As_2O_3分子的吸附过程。含氧官能团也对未燃尽碳表面活性和其对砷的吸附能力有一定的提升效应,提升程度按顺序为:酚羟基内酯羰基半醌羧基。以上含氧官能团通过增加邻位碳原子的活性来提高未燃尽碳表面的吸附能力,而其本身并不会为体系带来新的活性位点。缺位对未燃尽碳的吸附能力同样有影响,顶端碳原子的缺失提高了扶手位未燃尽碳表面对砷的吸附能力,但降低了锯齿位未燃尽碳表面对砷的吸附能力。同时,缺位影响了未燃尽碳结构的稳定性,导致吸附结构产生了较大变形。在壳嵌入簇模型理论基础上能够建立科学合理的氧化钙表面模型,且在确保足够吸附位点的前提下,氧化钙模型中心原子簇的大小并不影响其对砷的吸附能力。AsO和As_2O_3分子均以化学吸附的形式存在于氧化钙表面,但吸附能较高,二者之间所成的化学键强度较弱,吸附稳定性较低。
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X773
【图文】：

14g. zigzag-As2O3-1 h. zigzag-As2O3-2图 3.2 砷在未燃尽碳表面的吸附构型图中紫色小球代表 As 原子，红色小球代表 O 原子表 3-1 砷在未燃尽碳表面的吸附能构型 吸附能(kJ/mol)a. armchair -AsO-1 －302.04b. armchair-AsO-2 －209.14接下表

有结论证明烟道中的气体对未燃尽碳吸附砷的影响。本文选取了 较为典型的气体，研究其对砷在未燃尽碳表面富集的影响。在尝试能的吸附构型后，得到三种气体在未燃尽碳表面吸附的结构,如图3 列出了气体在未燃尽碳表面的吸附能，可以看出所有气体均以化附在未燃尽碳上，HCl 和 NO 气体分子在扶手位未燃尽碳表面的吸319.56 和－161.84kJ/mol，在锯齿位未燃尽碳表面的吸附能分别为406.46kJ/mol，表明比起扶手位模型，锯齿位模型对以上两种气体附能力，这与上文中得到的锯齿位模型的表面活性更高这一结论符a. armchair-HCl b. armchair-NO

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本文编号：2740910