基于量子化学的碳基脱汞吸附剂反应机理研究

发布时间：2019-07-19 08:59

【摘要】：燃煤过程中煤中的汞会释放,对人类生存和环境造成很大的破坏,已成为愈来愈受到关切的热点问题。固体吸附剂越来越多的应用于汞脱除,其中碳基吸附剂应用最为广泛。燃煤电厂中飞灰最为常见,未燃尽炭作为飞灰中主要汞吸附剂,吸附到飞灰中的汞在飞灰再利用的过程中经热处理时会进行释放,对环境造成污染。飞灰中的汞具有不同的化合物形态,不同形态的汞具有不同的热稳定性,但由于体系复杂,汞含量低等因素,使得实验研究较为复杂,实验结果不稳定,因此可以从物质的微观角度研究,了解其反应特征。对于碳基吸附剂,其价格昂贵,越来越多的学者关注活性炭的改性研究,以增强吸附性能,但是其反应路径、反应机理尚未有系统的研究。研究燃煤电厂未燃尽碳表面卤化汞的解吸反应机理对于燃煤电厂飞灰的再利用具有重要的指导意义。本文利用量子化学B3PW91方法详细研究了未燃尽炭表面汞化合物解吸反应的微观反应机理。对反应途径上各个稳定点的几何构型进行优化,频率分析确定各几何构型的准确可靠性。在此基础上,计算出298-1500K温度范围内各反应的活化能、指前因子和反应速率常数,分析比较各反应速率常数随温度的变化趋势。对未燃尽炭表面汞化合物解吸反应的热力学参数进行计算,计算出298-1500K温度范围内各反应的吉布斯自由能值与焓值,分析各反应的吸放热性与反应的自发性。结果表明,未燃尽炭表面汞化合物的解吸反应较难自发进行,需要提高温度以及增加相关环境条件。强氧化性物质可能会改变固体吸附剂的吸附性,本文选用Mn O2对活性炭进行改性研究。应用量子化学B3PW91方法,研究了活性炭及Mn O2改性活性炭对汞的非均相反应机理。计算得到各反应活化能、指前因子和反应速率常数,分析各反应速率常数随温度的变化趋势,比较了各反应的活化能和在计算温度范围的反应速率。结果表明,改性活性炭可以大大提高汞脱除率,节约成本,为寻找更加廉价、有效的汞吸附剂提供理论依据。
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X773

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本文编号：2516210