O2/CO2气氛NO异相还原反应机理量子化学计算

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O2/CO2燃烧技术又称为氧燃烧技术,是一种能综合控制燃煤污染排放的新技术。相关研究发现,这种燃烧技术可以有效的降低NOx的排放,但是,该方式下NO反应机理尚不完全清楚,需要深入研究。本文针对O2/CO2燃烧技术下NO异相还原机理,使用量子化学方法展开工作。使用量子化学从头计算方法,研究高浓度CO2气氛下煤焦(碳)异相还原NO相关反应。采用了密度泛函计算方法B3LYP/6-31G(d),计算煤焦(碳)异相还原NO反应以及CO和O2影响NO还原过程的相关反应,优化得到反应路径上稳定点的几何构型,采用QCISD(T)/6-311G(d, p)方法计算得到了反应过程中各稳定点的能量,并计算得到活化能,使用经典过渡态理论计算反应速率常数,得出每个反应的阿仑尼乌斯表达式,研究了详细反应路径和机理。初步探讨了氧燃烧方式下煤焦异相还原NO机理,获得了重要相关反应的反应路径和动力学参数;在煤焦固体表面模型基础上,研究了CO2,O2在煤焦表面的吸附情况。得出了CO2在煤焦表面两种不同的吸附方式以及O2在煤焦表面的吸附,计算得到了CO2在煤焦表面两种吸附方式和O2在煤焦表面的吸附能。通过键布居数比较键的强弱,推测CO2和O2在煤焦表面吸附后下一步可能生成的产物,研究了煤焦异相还原NO过程以及CO参与下煤焦异相还原NO过程的反应机理。得出了两个反应过程的微观反应路径,比较了两种反应路径的异同。利用经典过渡态理论,计算得到两个反应过程中NO还原的关键反应步骤的反应速率,发现,由于CO的存在,大大加快了NO在煤焦表面的还原过程,得到了一种可信的CO参与下煤焦异相还原NO的微观反应机理。温度大于1000K时,CO2与煤焦的气化反应生成大量的CO,这一反应机理能够很好的解释氧燃烧气氛中高浓度的CO2对NO异相还原过程的促进作用,弥补了实验观测和数据积累分析的不足,对完善氧燃烧方式下NO异相还原机理有着重大的意义。
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