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理想与还原Fe_2O_3[001]表面上汞吸附协同催化CO分解作用
  • ISSN号:1000-6818
  • 期刊名称:《物理化学学报》
  • 时间:0
  • 分类:O647[理学—物理化学;理学—化学]
  • 作者机构:[1]华北电力大学可再生能源学院,生物质发电成套设备国家工程实验室,北京102206, [2]哈尔滨工业大学,城市水资源与水环境国家重点实验室,哈尔滨150090
  • 相关基金:国家自然科学基金(51346001,51106051)和中央高校基本科研专项资金(2016YQ07,2014ZD14)资助项目
中文摘要:

煤化学链燃烧必然释放汞,汞与载氧体表面相互作用,影响表界面的氧化还原反应。本文采用密度泛函理论计算,研究汞(Hg0)在理想表面(Fe_2O_3[001])和一系列被还原表面(Fe_2O_(2.75)、Fe_2O_(2.5)、Fe_2O_(2.25)、Fe_2(O1.625)、Fe_2O_(0.875)、Fe_2O_(0.375)和Fe)的吸附,以及Hg0对Fe_2O_(1.625)、Fe_2O_(0.875)、Fe_2O_(0.375)和Fe等表面催化CO分解反应的协同作用机理。Hg0物理吸附在理想Fe_2O_3[001]表面。随着Fe_2O_3[001]表面不断被还原,Hg0发生化学吸附。Hg0吸附降低了CO与Fe_2O_3、Fe_2O_(2.75)、Fe_2O_(2.5)和Fe_2O_(2.25)等表面之间的相互作用,抑制O传递氧化CO为CO_2的反应;载氧体进一步还原过程中,Hg0吸附促进了CO与Fe_2O_(1.625)、Fe_2O_(0.875)、Fe_2O_(0.375)及Fe等表面之间的相互作用,进而促进了表面对CO的催化分解反应,加速了载氧体表面的积碳,降低了化学链燃烧效率。因此,合理控制载氧体的还原程度既可以减弱Hg0的吸附,也可以抑制积碳的形成,这对化学链燃烧的操作优化至关重要。

英文摘要:

Mercury emission from coal during chemical-looping combustion (CLC) is an inevitable process, which can lead to adverse interactions with the surface of the oxygen carrier, thereby affecting the interfacial redox reactions. Density functional theory calculations were performed to investigate the mechanism of elemental mercury (Hg0) adsorption and the synergetic effect of Hg0 on the catalytic decomposition of CO over a perfect surface (Fe2O3[001]), as well as a series of reduced surfaces (Fe2O2.75, Fe2O2.5 Fe2O2.25 Fe2O1.625 Fe2O0.875, Fe2O0.375 and Fe) during a deep CLC process. In this study, Hg0 was physically adsorbed on to a perfect Fe2O3 surface, and then chemically adsorbed on to a series of reduced surfaces. The adsorption of Hg0 inhibited the formation of meaningful interactions between CO and Fe2O3 [Fe2O2.75, Fe2O2.5 and Fe2O2.25] and hindered the efficient transport of oxygen to oxidize CO into CO2. In contrast, this process promoted the interactions between CO and Fe201.625 [Fe2O0.875, Fe2O0.375, and Fe], favoring the catalytic decomposition of CO on these surfaces, which accelerated the carbon deposit reducing CLC efficiency. Rationally controlling the reduction degree of the oxygen carrier could therefore be used to either decrease the adsorption of Hg0 or depress the deposition of carbon, which are both crucial for the optimization of CLC processes.

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期刊信息
  • 《物理化学学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:北京大学化学与分子工程学院承办
  • 主编:刘忠范
  • 地址:北京大学化学楼
  • 邮编:100871
  • 邮箱:whxb@pku.edu.cn
  • 电话:010-62751724
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-6818
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1892/O6
  • 邮发代号:82-163
  • 获奖情况:
  • 中文核心期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:24781