纤维负载CeO_2/TiO_2脱除燃煤烟气汞的机理研究

【摘要】随着汞污染越来越引起人们的重视,燃煤电站作为大气中人为汞排放污染的主要来源,国家对其汞的排放给予了严格的限制,最新火电厂大气污染物排放标准(GB13223-2011)就规定,燃煤电厂汞及其化合物的排放不得高于0.03mg/m3。目前比较经济的汞控制方法是利用现有污染物装置协同脱汞,研究表明,铈基SCR催化剂CeO2/TiO2是一种能用于脱汞的高效脱硝催化剂,本文提出将铈基催化剂CeO2/TiO2负载在耐高温滤料用纤维上,以实现脱硝脱汞除尘一体化。在制备了纤维负载铈基催化剂活性中心Ce02的样品后,借助扫描电镜实验(SEM)、单根纤维强度测试、热重分析(TGA)、X射线衍射实验(XRD)和傅里叶红外衰减全发射法(FTIR-ATR)等现代测试技术进行表征,研究发现,负载的Ce02破坏了P84纤维本身优良的力学性能、耐高温性能和阻燃性能,而PSA纤维负载Ce02后仍具有良好的耐高温特性,力学性能虽有略微下降,但影响不明显。Ce02在载体PSA纤维上有很好的分散性,而在P84纤维表面出现了Ce02的结晶,不利于其催化作用的发挥,但CeO2均只是简单的负载在纤维上面。负载Ce02后,PSA纤维的各种理化特性以及纤维特性的保持均要优于P84纤维。在此基础上,研究了燃煤烟气汞在CeO2、CeO2/TiO2表面的吸附机理。采用密度泛函理论的不同方法LDA和GGA(PBE、PW91、WC和PBESOL),分别对Ce02体相的几何参数进行优化计算,并与实验值比较,以验证本文所选方法的可靠性。研究表明,密度泛函理论计算结果精度在误差范围内,计算方法可靠,GGA-PBESOL方法最符合计算需要。随后,建立了CeO2、CeO2/TiO2表面的周期性表面模型,并进行了弛豫分析,结果表明弛豫现象明显,后续计算应充分考虑表面弛豫的影响。探讨了Hg0在纯CeO2表面、HCl和Hg0分别在CeO2/TiO2表面的吸附机理,结果表明：在HCl存在时,汞氧化遵循Langmuir-Hinshelwood机制,与在纯CeO2表面吸附相比,Hg0在CeO2/TiO2表面不仅有更强的物理吸附,还有化学吸附,汞氧化遵循Mars-Maessen机制。研究了氧化态汞HgCl和HgCl2在基底CeO2/TiO2表面的反应机理,结果表明：HgCl在CeO2/TiO2表面的15种吸附活性位构型中,只有一种是稳定且可以发生的,其吸附能为-2.976eV,属于化学吸附,且吸附作用较强,键布居分析显示,吸附过程中有氯铈键形成。HgCl2在CeO2/TiO2表面有10种吸附活性位构型,几何优化显示,有3种稳定的构型,均为化学吸附,吸附作用很强,在吸附过程中,分别有铈氯键、氯氧键形成和氯铈键形成。
【作者】陈强；
【导师】刁永发；张延青；
【作者基本信息】东华大学，动力工程（专业学位），2014，硕士
【关键词】汞；CeO2/TiO2；PSA/P84纤维；密度泛函理论；

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