生物焦负载金属离子对燃煤烟气中汞吸附的量子化学研究

建立了负载金属离子的生物焦(WB)饱和簇模型,并采用量子化学密度泛函理论对单质汞(Hg0)在改性WB表面的吸附过程进行了研究。结果表明:金属离子可以稳定存在于WB表面;Hg0吸附在改性WB表面时,与WB表面发生化学吸附,且金属离子提升了WB对Hg0的吸附能力。

生物焦微观特性及分子结构研究

本文利用多种表征手段,研究了汞吸附剂核桃壳生物焦的热解特性、孔隙结构与官能团等微观特性,并基于所获得的化学结构利用ChemBioOffice构建了生物焦的分子结构单体模型.结果表明,生物质的热解过程分为三个阶段,所形成的生物焦孔隙发达,并含有丰富的表面官能团.生物焦的大分子结构中芳香碳是主要组成部分,而脂肪碳则起到联结芳香结构单元的作用.而且生物焦是一种短程有序的非晶态物质,结构中存在一定数量的石墨微晶结构.基于表征结果,所构建的分子模型以芳香结构为主,并含有1个甲基、4个羟基以及8个羰基,分子式为C_(55)H_(37)NO_(14),M_r=935.同时对模型进行了验证.另外,基于分子力学,在UFF、Dreiding和MM2,3种力场下对三维模型进行了结构优化,其中UFF力场优化后的三维结构的总势能最大,而MM2力场势能最小.利用量子化学半经验PM6方法对3种优化后构象的生成热进行了研究,其中Dreiding力场下优化的结构更稳定.

不同吸附条件下生物炭的汞吸附特性研究

为了获得汞初始浓度、吸附温度以及气氛(O_2、CO_2、SO_2浓度)等不同吸附条件下生物炭的汞吸附特性,对等温和非等温条件下制备的核桃壳生物炭(分别记为WS_(iso)和WS_(var))进行了研究,并利用比表面积和孔隙度分析仪、傅立叶变换红外光谱仪表征生物炭的孔隙结构和表面官能团等微观特性,探究其影响机理。结果表明:WS_(iso)和WS_(var)孔隙结构及表面化学性质不同,其中WS_(iso)的累积孔体积较大,为0.130 8cm^3/g,WS_(var)的含氧表面官能团数量和种类较多;在相同吸附条件下,WS_(iso)的汞吸附效果整体上优于WS_(var);汞初始浓度、CO_2和O_2浓度的升高会对生物炭汞吸附性能起到促进作用;随着吸附温度和SO_2浓度的升高,生物炭的吸附性能有所下降。