γ-Al2O3脫除硫化氫和汞的理論研究.pdf

1、本文通過(guò)密度泛函理論結(jié)合周期性平板模型研究了H2S在γ-Al2O3羥基覆蓋表面的脫除機(jī)理，討論了單質(zhì)Hg在γ-Al2O3表面以及金屬簇(Pd、Pt和Cu)負(fù)載的γ-Al2O3表面上的吸附脫除機(jī)理，探索性的預(yù)測(cè)了在γ-Al2O3表面同時(shí)脫除H2S和Hg的可能性和反應(yīng)機(jī)理。計(jì)算結(jié)果顯示:
　　(1)在γ-Al2O3不同羥基覆蓋的表面，其中包括脫水的(100)表面、脫水的(110)表面和含水的3.0OHnm-2(110)表面，H2S優(yōu)先

2、通過(guò)S吸附在Al位，相應(yīng)的吸附能分別為-32.52，-114.38和-92.82 kJ/mol。相比于含水的3.0OHnm-2(110)表面，H2S在脫水的(110)表面有更強(qiáng)的鍵合能力。H2S解離的第二步是速控步驟。速控步的活化能高低順序?yàn)?Ea(D110,77.31 kJ/mol)＞Ea(3.0 OH nm-2,62.81 kJ/mol)＞ Ea(D100，51.60 kJ/mol)。在這三個(gè)表面上，H-S鍵的斷裂過(guò)程的活化能都相對(duì)

3、較低，對(duì)于脫硫過(guò)程是非常有利的。
　　(2)在未負(fù)載金屬的γ-Al2O3表面中，Hg只有在脫水的(110)表面上才能呈現(xiàn)出較強(qiáng)的吸附作用，吸附能為-33.60 kJ/mol。在Pd、Pt和Cu金屬簇負(fù)載的γ-Al2O3表面，Hg優(yōu)先吸附在金屬(Pd、Pt、Cu)位，表面對(duì)Hg的吸附能力由原來(lái)的物理吸附變?yōu)榱嘶瘜W(xué)吸附。在金屬Pd和Pt負(fù)載的三個(gè)不同表面，Hg在金屬負(fù)載的脫水的γ-Al2O3(110)表面表現(xiàn)了更強(qiáng)的吸附性。在不同金屬

4、負(fù)載的同一表面中，Pt負(fù)載的表面比Pd負(fù)載的表面展現(xiàn)了更強(qiáng)的脫汞能力。這與單一純金屬表面對(duì)Hg的吸附結(jié)果是有差別的，它可能的原因是金屬簇和載體的相互作用改變了金屬的吸附能力。
　　(3) HgS在脫水的(100)和(110)表面以及含水的3.0 OH nm-2(110)表面的吸附能值分別為-150.63，-231.55和-254.32 kJ/mol。相比于(100)表面，(110)表面展現(xiàn)了對(duì)HgS更強(qiáng)的吸附能力。在脫水的(100

5、)表面，Hg參與H2S的第二步脫氫過(guò)程，改變了原先HS單獨(dú)分解時(shí)的活化能和反應(yīng)能。表面吸附的S能與氣相中的Hg通過(guò)E-R機(jī)理生成HgS，該反應(yīng)的活化能是78.15 kJ/mol。在脫水的(110)表面，H2S能發(fā)生解離吸附，HS的分解的活化能是78.15 kJ/mol。吸附態(tài)的S和Hg反應(yīng)生成HgS的活化能和反應(yīng)能分別為86.83和-75.25 kJ/mol。在含水的3.0 OH nm-2(110)表面，吸附態(tài)的S能與氣相中的Hg克服一