本文選題：量子化學(xué) + SCR催化劑��； 參考：《華北電力大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：氮氧化物(NO_X)是環(huán)境污染的重要組成物質(zhì)之一,其排放量表現(xiàn)逐年增加的趨向,火電廠已成為我國NO_X排放最主要的來源。目前以NH_3為還原劑的選擇性催化還原(SCR)煙氣脫硝技術(shù)應(yīng)用最為廣泛且最高效。催化劑作為SCR脫硝系統(tǒng)中重要的組成部分,其性能對系統(tǒng)的脫硝效率和脫硝成本會造成很大影響。在實(shí)際應(yīng)用中毒失活是催化劑不可避免的問題。本文運(yùn)用密度泛函理論(DFT)結(jié)合V_6O_(15)和V_6O_(15)~+兩種團(tuán)簇模擬釩基催化劑的分子結(jié)構(gòu),分析研究了SCR催化劑的脫硝機(jī)理和金屬中毒原理,為提高脫硝效率及催化劑抗中毒能力提供一定的理論指導(dǎo)。介紹了量子化學(xué)的一些基本原理即基本方程、基本計(jì)算方法以及Gaussian軟件。利用DFT計(jì)算方法,構(gòu)造V6O15和V6O15+簇模型模擬SCR催化劑的分子結(jié)構(gòu),并進(jìn)行幾何構(gòu)型優(yōu)化、單點(diǎn)能和電荷分析。以優(yōu)化后的模型為基礎(chǔ),依次探討了釩基催化劑具備的化學(xué)特性-良好的酸性、較好的氧化性以及被還原后的分子被重氧化的難易程度。在優(yōu)化后的V_6O_(15)和V_6O_(15)~+簇模型上模擬Lewis位吸附水分子形成吸附位V-OH的微觀機(jī)理,得到了反應(yīng)過程中形成的中間體和過渡態(tài)的結(jié)構(gòu),并進(jìn)行了IRC路徑分析。模擬NO、NH_3在催化劑上的吸附情況,結(jié)合吸附能、靜電勢及電荷轉(zhuǎn)移情況,分析了SCR脫硝反應(yīng)機(jī)理。討論了堿金屬及堿土金屬對V_6O_(15)和V_6O_(15)~+分子團(tuán)簇的影響,并對中毒前后催化劑的分子結(jié)構(gòu)參數(shù)、吸附能、LUMO軌道能量和加氫反應(yīng)放熱量進(jìn)行計(jì)算。得出結(jié)論,催化劑在摻入K、Na、Ca金屬原子后催化活性下降。對于V_6O_(15)團(tuán)簇,中毒影響順序?yàn)?K摻雜Na摻雜Ca摻雜未摻雜;對于V_6O_(15)~+團(tuán)簇,中毒影響順序?yàn)?Ca摻雜K摻雜Na摻雜未摻雜。
[Abstract]:Nox (Nox) is one of the most important components of environmental pollution, and its emission is increasing year by year. Thermal power plants have become the main source of NO_X emissions in China. At present, selective catalytic reduction (NH_3) flue gas denitrification technology with NH_3 as reducing agent is the most widely used and most efficient. As an important part of SCR denitrification system, the performance of catalyst has great influence on the denitrification efficiency and denitrification cost. It is inevitable for the catalyst to be deactivated by poisoning in practice. In this paper, the molecular structure of vanadium-based catalysts simulated by two kinds of clusters, V _ 6O _ O _ T _ (15) and V _ S _ 6O _ T _ (15), were studied by using density functional Theory (DFT), and the mechanism of denitrification and the principle of metal poisoning of SCR catalyst were studied. It provides some theoretical guidance for improving the denitrification efficiency and the ability of the catalyst to resist poisoning. Some basic principles of quantum chemistry, such as basic equation, basic calculation method and Gaussian software, are introduced. V6O15 and V6O15 cluster models were constructed to simulate the molecular structure of SCR catalysts by using DFT calculation method, and the geometric configuration optimization, single point energy and charge analysis were carried out. Based on the optimized model, the chemical properties of vanadium-based catalysts were discussed in turn, such as good acidity, good oxidation and the degree of reoxidation of reduced molecules. The microscopic mechanism of Lewis adsorbed water molecules forming adsorption site V-OH was simulated on the optimized V _ 6O _ S _ (15) and V _ 6O _ S _ T models. The structure of intermediate and transition state in the reaction process was obtained, and the IRC path analysis was carried out. The mechanism of denitrification of SCR was analyzed by simulating the adsorption of NO-NH3 on the catalyst, combining the adsorption energy, electrostatic potential and charge transfer. The effects of alkali metal and alkali earth metal on the molecular clusters of V _ (6) O _ (15) and V _ (6) O _ (1) were discussed. The molecular structure parameters, adsorption energy, energy of LUMO orbital and heat release of hydrogenation reaction before and after poisoning were calculated. It is concluded that the catalytic activity of the catalyst decreases after the addition of K ~ (2 +) Na ~ (2 +) Ca. For the V _ 6O _ _ (15) cluster, the order of poisoning effect is: (1) K doped, Na doped, Ca doped, and, for V _ (6) O _ (+) _ (15) C _ (+) cluster, the poisoning order is: (1) Ca ~ (2 +) doped K ~ (2 +) doped Na ~ (2 +),
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ426;X773

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1978499