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Cu-BTC基改性生物焦复合吸附剂的脱汞性能及机理研究
  • 13
  • 作者

    贺玲冯有祥余靖翔程鹏聂浩田武亚文闫祺祯张震贾里

  • 单位

    太原理工大学电气与动力工程学院

  • 摘要
    为了获得经济高效的烟气脱汞剂，本文基于掺杂Fe/Cu多元金属的改性生物焦与作为MOFs材料的Cu-BTC两者均含有不饱和金属中心与含氧官能团的基础特性进行结构设计，利用原位生长法制备MOFs基改性生物焦复合吸附剂。在获得样品Hg0脱除特性的基础上，针对Cu-BTC与改性生物焦以及所含各类型活性中心之间的耦合机理及协同机制进行了研究。同时在综合研究微观特性的基础上构建了复合吸附剂的分子结构单体模型，基于密度泛函理论，并利用分波态密度函数，对Hg0在复合吸附剂表面的吸附过程进行理论计算，进一步揭示深层次的脱汞机理以及关键作用机制。研究发现：Cu-BTC材料的脱汞性能优于改性生物焦，而基于2种材料进行复合所获得的Cu-BTC基改性生物焦样品脱汞性能获得了显著提升，最优负载比例为50%，对应汞脱除性能高达239.18 μg/g；复合吸附剂的分子模型主要以芳香结构为主，并含有2个吡啶氮并苯，1个蒽并苯，以及1个呋喃，分子式为C75H34O28N3Fe2Cu13，分子量Mr=2361.5；多元金属团簇、氧空位和碳骨架的协同作用利于活性中心的暴露，同时改性生物焦作为底物载体，可在负载于交联的MOFs骨架中提供更多的金属中心和碳骨架，进而在提升反应体系电子受体容量和传质能力的基础上，防止金属氧化物粒子在热处理过程中自聚集形成高度分散的金属中心，从而协同促进对Hg0的脱除。
  • 关键词

    Cu-BTC改性生物焦复合材料分子结构汞脱除机理密度泛函

  • 文章目录
    1 材料与方法
    1.1 样品的制备与表征
    1.2 模型构建及模拟计算方法
    0脱除性能与分子结构搭建'>2 复合吸附剂的Hg0脱除性能与分子结构搭建
    2.1 脱除性能
    2.2 物化特性分析
    2.2.1 工业及元素分析
    2.2.2 表面官能团及微晶结构分析
    2.2.3 分子骨架分析
    2.3分子单体模型搭建
    0脱除机理及路径研究'>3 Hg0脱除机理及路径研究
    0脱除机理'>3.1 Cu-BTC的Hg0脱除机理
    0脱除机理'>3.2 复合吸附剂的Hg0脱除机理
    0反应路径'>3.3 复合吸附剂的Hg0反应路径
    0成键机制'>3.4 复合吸附剂的Hg0成键机制
    4 结论
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