溴对烟气中汞形态分布的影响及反应机理研究

摘要

汞是一种全球性的污染物。随着人类环保意识的增强，如何采取有效地燃煤汞控制措施也备受关注。汞即使是在浓度很低的情况下，也具有很强的毒性。在燃煤电厂排放的污染物当中，人们对痕量元素汞的排放规律以及抑制机理的认识还比较浅薄。本文利用热力学平衡分析方法研究含溴物质对燃煤汞的形态及分布的影响；同时，利用量子化学方法研究汞与 HBr、BrO两种含溴物质之间的均相氧化反应机理。
　　采用热力学平衡分析方法研究了烟气温度区间为325-1125K内高氯煤和低氯煤在添加溴前后汞形态及分布的变化。对于高氯煤，主要是氯化汞的分布区域受到了明显地抑制。而对于低氯煤，氯化汞和单质汞的分布区域均明显受到抑制，且溴化汞的最大生成量的对应温度有所下降。烟气中氧气浓度的增加，溴化汞的生成量有所下降；SO2对烟气中汞的形态分布没有明显的影响。化学热力学分析结果表明，溴化汞的生产主要取决于烟气中Br2(g)的含量。
　　应用量子化学方法对所研究反应的反应物、产物的几何构型进行了优化和频率分析，将计算的结果与NIST数据库中热力学参数比较，从而确定最准确的基态几何构型。对 HgO、HgBr、HgBr2三种含汞化合物进行了热力学参数计算，并将计算的结果与 NIST数据库中的数据进行比较，焓差计算值的最大相对误差为3.37％，熵计算值的最大相对误差为1.79%，计算结果说明了可以利用量子化学方法对燃煤烟气中汞与HBr、BrO的反应机理进行理论研究。
　　对燃煤烟气中汞的三个相关均相氧化反应微观反应机理做了研究，对原有的汞的氧化动力学反应机理做了补充。采用密度泛函理论中的B3PW91方法，寻找到了各个反应的过渡态几何构型。并通过频率分析和热能校正计算能量和指前因子。根据经典过渡态理论，得到了温度区间为298K-2000K下的反应速率表达式。计算得到的动力学参数为深入研究燃煤烟气中汞的氧化反应动力学模型提供了理论依据。

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1 绪 论

1.1 能源利用及环境污染

1.2 汞污染的危害和来源

1.3 燃煤汞的迁徙释放及排放控制

1.4 国内外研究现状

1.5本文的研究内容及研究方法

2 溴元素对燃煤烟气中汞形态分布的影响

2.1 化学热力学理论基础

2.2化学热力学平衡计算原理

2.3 化学热力学平衡计算的方法

2.4 F*A*C*T计算软件介绍 [69,70]

2.5 燃煤过程中汞析出的热力学平衡计算

3 热力学参数计算

3.1 反应物、产物基态几何构型优化及热力学参数计算

3.2 热力学参数计算

3.3 本章小结

4 燃煤烟气中Hg与HBr、BrO的均相反应机理研究

4.1 计算方法

4.2 汞与含溴化合物的反应机理分析

4.3 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 不足与展望

致谢

参考文献

附录