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燃煤电厂烟气汞排放是环境中主要的汞污染源之一,煤燃烧时大部分汞会随烟气排入大气,给动植物、人体和生态环境造成巨大的危害。在颗粒态汞(Hgp),单质汞(Hg0)以及氧化态汞(Hg2+)这三种汞形态中,Hg0的脱除最具挑战性。因此,寻找一种经济高效的Hg0脱除剂迫在眉睫。活性炭(AC)因其丰富的孔结构以及巨大的比表面积而用于燃煤电厂中汞的控制,但是其低效率、难再生性极大地增加了汞的脱除成本。鉴于金属对Hg0具有良好的脱除性能,本文采用密度泛函理论(DFT)方法分别研究了Hg0与Fe,Co,Ni,Cu和Zn为代表的非贵金属改性AC的作用以及Hg0与Pd为代表的贵金属改性AC的作用,并进一步通过Cu的调变来减少贵金属Pd的用量并增强Hg0的脱除能力,主要结论如下:(1)非贵金属改性AC脱除Hg0的机理对Hg0在非贵金属Fe,Co,Ni,Cu和Zn改性的AC表面的吸附进行研究,得出:Hg0在M/AC(M=Fe,Co,Ni,Cu,Zn)表面为物理吸附,说明Hg0与非贵金属改性AC的作用很弱。进一步对Hg0氧化后的物种HgCl和HgCl2在上述表面的吸附机理进行研究,认为HgCl不是稳定的中间体,它在M/AC(M=Fe,Co,Ni,Cu,Zn)表面主要为解离吸附;HgCl2在Fe/AC表面主要是分子吸附,在M/AC(M=Ni,Cu,Zn)表面主要是解离吸附,在Co/AC表面同时存在分子吸附和解离吸附。Hg0经Cl2氧化的机理表明:在M/AC(M=Fe,Co,Ni,Cu,Zn)表面,Hg0通过Eley-Rideal机理被氧化并且Fe/AC是最好的催化剂。(2)贵金属改性ac脱除hg0的机理对hg0在贵金属pd改性的ac表面的吸附进行研究,得出:在pdn(n≤38)簇中,pdn(n=4,6,8,13,19,23,38)是能够稳定存在的幻数簇;进一步将所得幻数簇负载到ac上,并研究ac对其稳定性的影响,结果表明ac的负载能够提高pdn簇的稳定性,但随pd原子数目的增加对其稳定性的影响逐渐降低,当pd原子数目为38时,ac对其稳定性几乎没有影响;通过研究hg0在pdn/ac(n=4,6,8,13,19,23)表面的吸附,阐明ac负载的pdn簇的尺寸效应对hg0吸附的影响,结果表明hg0的吸附能呈锯齿型变化,当在ac上负载二十面体的pd13簇时,hg0的吸附能力最强。(3)cu调变的pd13/ac脱除hg0的机理对hg0在非贵金属cu调变的pd13/ac表面的吸附进行研究,得出:pd13簇最多可以被8个cu原子替换,并且cunpd13-n(n=1~8)双金属簇比pd13簇的稳定性更高,即cu的掺杂可以提高pd13簇的稳定性,最大掺杂比例为61.5%;在可替换的cunpd13-n(n=1~8)双金属簇中,cu原子数目分别为1,2和6时构型相对容易替换,并且cupd12,cu2pd11和cu6pd7双金属簇都能稳定存在于ac表面;hg0在cunpd13-n/ac(n=1,2,6)表面的吸附表明:hg0的吸附强度与cu的掺杂比例有很大的关系,当掺杂比例为7.7%时,即替换pd13簇的中心pd原子为cu时,吸附能提高不大,增加比例仅为3.3%;当掺杂比例增加为15.4%时,即在cupd12双金属簇的基础上再替换表面的一个pd原子为cu时,吸附能显著提高,增加比例为27.1%,有利于hg0的脱除;但当掺杂比例增加为46.2%时,即cu原子的数目增加为6时,吸附能降低了25.1%,对Hg0的脱除不利。