基于密度泛函理论研究铁对焦炭氮非均相释放的作用机理

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:Sqiwei
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煤炭在我国能源中占主导地位,我国主要以燃煤方式利用煤,煤在燃烧的过程会产生大量的氮氧化物(NOx),这其中主要为NO。NOx会对人体健康和环境带来极大的危害。因此,探索燃烧过程中氮的转化机理对控制NOx具有重要意义。本文研究了焦炭中金属矿物质铁对焦炭氮向HCN/NO的异相转化机理的影响。选择了由7个苯环组成的zigzag型焦炭模型和由6个苯环组成的armchair型焦炭模型作为研究对象,基于密度泛函理论、结合电子结构分析、RDG分析和Mayer键级变化,研究铁对焦炭氮非均相释放的作用机理。通过对zigzag焦炭模型电子结构分析及vd W表面的ESP分布来看,每个空穴都可能是铁原子的吸附点。分别研究了每一个穴位上吸附Fe对焦炭氮向HCN的异相转化机理。选择了两个代表性的穴位分别吸附Fe研究焦炭氮向NO的异相转化机理。对armchair型焦炭模型,选择了四个可能的吸附位点吸附Fe,研究Fe对焦炭氮向HCN的异相转化机理。研究Fe对armchair型焦炭模型释放NO生成机理影响,选择了两个不同的吸附位点分别吸附Fe。选择了两种不同的armchair型吸附模型研究了Fe对NO的生成机理的影响。在所有的反应中,铁原子的化学吸附是自发的放热反应,伴随着间隙铁碳化物和铁氮化物的形成。根据RDG分析,Fe原子和C(N)主要通过静电吸引结合。Zigzag型焦炭模型:除Fe与N直接结合外,Fe的参与提高了含氮焦炭释放HCN的活化能。考虑到焦炭中碳和氮的含量,铁对HCN的非均相释放有抑制作用。Fe的参与降低了含氮焦炭释放NO的活化能,因此,铁对NO的非均相释放有促进作用。Armchair型焦炭模型:Fe的吸附降低了含氮焦炭释放HCN的活化能,Fe对焦炭释放HCN有促进作用。Fe吸附在含氮焦炭的碳碳边缘位时,提高了含氮焦炭释放NO的反应能垒,而Fe吸附在含氮焦炭的六元杂环穴位时降低了含氮焦炭释放NO的反应能垒。Fe对于含氮焦炭非均相释放NO的影响取决于Fe对含氮焦炭中氮的氧化速率以及焦炭还原NO速率相对大小。
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