机械力化学与热化学加氢脱除二硫化碳对比的研究

摘要

机械力化学脱硫法、热化学加氢脱硫法并结合基于密度泛函理论的第一性原理计算，对比研究了机械力化学反应和热化学加氢脱硫反应对CS2的脱除。研究表明两种方法均可实现CS2的脱除。机械球磨法:球磨过程中金属镁和CS2反应生成MgS，以实现固硫;热化学加氢法:利用镁碳储氢材料中的固相氢与CS2的反应，生成H2S和MgS以实现固硫。
　　在机械球磨脱硫实验中，发现随着球磨时间的延长，镁颗粒减小、表面缺陷增多、非晶化程度加深、金属镁与CS2间反应程度加深、硫被金属镁所固定。当70Mg30C球磨时间分别为0.5、1.0、1.5和2.0h时，产物的平均硫含量分别为135、6.02、9.62和11.69wt.％。机械球磨过程中，无烟煤起到了助磨作用。球磨后的物料的红外光谱上出现了明显的C-S吸收振动峰，说明碳还具有传递硫原子的作用。ZnO不能促进机械球磨法固硫，甚至会抑制金属镁与CS2间的反应。
　　基于密度泛函理论的第一性原理计算表明，CS2在Mg(0001)面fcc、hcp和top位均为化学吸附，而在bridge位为物理吸附。吸附能分别为-82.39、-82.21、-73.22和-40.68k J/mol。CS2在Mg(0001)晶面化学吸附时，Mg s、p轨道、Cs、p和Ss、p轨道有明显的交叠作用。
　　机械球磨制备复合储氢材料时，球磨3.0 h所得镁碳储氢材料的颗粒尺寸为200～300nm。颗粒表面的晶格条纹间距为0.22 nm，对应的是MgH2(200)晶面，证明球磨过程中金属镁发生了氢化反应，生成了MgH2，MgH2类型为四方晶系的β-MgH2。镁碳复合材料的初始放氢温度为268℃，放氢高峰温度为347℃。
　　镁碳复合材料热化学法加氢脱硫的反应温度低于200℃时，固相反应产物硫含量非常少;反应温度高于200℃时，热化学法加氢脱硫才能发生有效反应;温度为320℃时，固相产物的硫含量可达151 mg/g，气相产物H2S含量可达78 mg/g。热化学加氢法脱除CS2，固相中为MgS，气相产物为H2S和CH3SH。第一性原理计算表明，CS2在MgH2(001)表面Int1、top和Int2位均为物理吸附所对应的吸附能分别为-26.93、-34.15和-29.69kJ/mol。

目录

声明

摘要

1 文献综述

1．1 引言

1．2 镁碳储氢材料研究进展

1．3 工业脱硫研究进展

1．4 本课题的意义与内容

2 实验方法

2．1 实验原料与设备

2．2 脱硫与表征方法

2．3 本章小结

3 机械力化学法脱除二硫化碳

3．1 球磨时间的影响

3．2 金属氧化物的影响

3．3 二硫化碳在镁表面吸附的理论计算

3．4 本章小结

4 热化学加氢法脱除二硫化碳

4．1 镁碳复合材料的结构

4．2 镁碳复合材料的放氢

4．3 镁碳复合材料对二硫化碳加氢脱除

4．4 二硫化碳在氢化镁表面吸附的理论计算

4．5 本章小结

5 结论与问题

5．1 主要结论

5．2 主要创新点

5．3 问题与展望

致谢

参考文献

硕士期间主要研究成果