基于密度泛函理论的燃煤飞灰未燃尽碳与烟气砷作用机理

摘要

基于密度泛函理论研究了燃煤飞灰中未燃尽碳(unburned carbon,UBC)组分对气态单质砷As及其氧化物AsO、AsO2和As2 O3的作用机理.结果表明,单质砷优先吸附于碳桥位,吸附能在(-5.95)-(-5.88)eV.AsO分子中的砷、氧原子分别与碳原子成键时,吸附构型最稳定,吸附能最低为-7.87 eV.当AsO2在未燃尽碳表面解离形成一个AsO和表面活性氧时,体系最稳定,吸附能为-10.65 eV.当三角双锥As2 O3分子以两个氧原子首先碰撞未燃尽碳表面时,将解离形成AsO和AsO2小分子,并分别与表面碳成键,此时体系吸附能相较于未解离情形而言显著降低,达到-10.64 eV.飞灰未燃尽碳与AsO或AsO2小分子的结合较紧密,局部倾向于形成特殊的五元环结构.毒性最强的三价态砷As2 O3,相较于As、AsO和AsO2而言,化学性质稳定,不易发生吸附.将其催化裂解为AsO、AsO2小分子,有望成为可行的燃煤电厂烟气砷污染控制措施.