基于KHIMERA的汞氧化动力学参数计算

反应速率常数和指前因子、活化能等动力学参数的准确性是研究痕量元素动力学模型的关键,在针对Hg的7个基元反应进行分子构型和优化的基础上,利用量子化学软件KHIMERA对反应速率常数以及指前因子、活化能等动力学参数进行了计算.计算结果表明,反应HgCl+HCl=HgCl2+H和反应HgCl+Cl=HgCl2是不可逆的,反应Hg+HCl=HgCl+H、Hg+Cl2=HgCl+Cl、Hg+N2O=HgO+N2、HgCl+M=Hg+Cl+M和Hg+HOCl=HgCl+OH为可逆反应,各反应的温度指数m接近于1或大于1.并利用Sliger的实验烟气组分,进行Hg转化率的动力学模拟,模拟结果与实验结果吻合较好.     

碳烟成核过程中萘到菲的生长路径研究

由于火焰中多环芳香烃(PAHs)的实验浓度与模拟浓度有较大差别,高温环境下PAHs的形成过程一直是研究热点.本文利用量化M06-2X方法和6-311++G(d,p)基组,计算得到基于CH3和C3H3基添加的由萘(C10H8)到菲(C14H10)详细PAHs生长路径的热力学参数,进一步计算以Arrhenius形式表达的反应速率常数,并对不同生长路径进行了比较.结果表明:环境中自由基参与的脱氢反应比直接脱氢反应更加容易进行,分子结构对脱氢反应、C3H3和CH3加成反应均有较大影响,反应位点处于甲基或亚甲基上的加成反应是无势垒的高放热反应,所有路径的限速步骤均为氢原子转移反应,路径a为反应最优路径.     

不同价态五氧化二钒吸附水和氨的机理研究

为研究不同价态的V_2O_5(V_6O_(15)及V_6O_(15)~+)吸附H_2O和NH_3的反应机理,应用量子化学得到反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型,对比分析反应过程中优化结构的势能、反应能垒、键长和吸附能等数据.结果表明:V_6O_(15)和V_6O_(15)~+均可吸附H_2O生成V—OH,但是对于后者整个反应表现为放热,而且反应能垒更低,说明V_6O_(15)~+更容易与H2O反应生成BrФnsted酸位;NH_3在V_6O_(15)~+上的吸附能更大,更容易形成可与NO反应的—NH4~+;在SCR脱硝反应中阳离子团簇V_6O_(15)~+比中性团簇V_6O_(15)活性更大.     

含铬废物焚烧中CrOCl2＋OH→CrO2Cl＋HCl基元反应研究

含铬废物焚烧过程中形成具有不同氧化价态的多种铬氧化物,其毒性有较大差异,尤其是六价铬化合物具有极强的致癌作用.利用量子化学的方法研究了铬/氢/空气/氯焚烧体系中CrOCl 2+OH→CrO 2Cl+HCl反应的反应机理.通过Gaussian 98 软件在B3LYP/6-311+G(3df,2p)理论水平上,优化出各驻点的几何结构并得到经过零点能校正后的各驻点能量,通过过渡态搜索和内禀反应坐标分析确定该反应为基元反应.分别计算了正、逆反应的活化能,并采用传统过渡态理论计算了该反应的正向反应速率常数.     

臭氧在烟气中氧化零价汞的量子化学研究

利用量子化学方法计算研究了臭氧在烟气中氧化零价汞的微观反应机理,采用MP2/SDD计算方法优化得到反应物、过渡态、中间体及产物的几何构型,并通过振动分析与IRC分析确定反应过渡态和中间体,在QCISD(T)/SDD水平上计算能量,同时进行零点能校正,计算了反应活化能,并采用经典过渡态理论(TST)计算反应的速率常数,拟算出反应的阿累尼乌斯表达式.结果表明,臭氧在烟气中产生的NO3、O3和NO2粒子对零价汞进行氧化的活化能分别为22.94 kJ/mol,53.34kJ/mol和168.23kJ/mol.通过活化能比较,得到3种粒子的氧化性强弱为:NO3＞O3＞NO2在298 K下,将计算获得的反应速率常数与文献数据进行比较,结果吻合较好.     

铬/氢/空气焚烧动力学模型机理分析及反应速率常数计算

建立完善的含铬固体废物焚烧动力学模型,获取模型中各反应的反应速率常数,是对含铬固体废物焚烧过程进行动力学研究的基础.应用量子化学理论,采用量子化学计算软件Gaussian03,在B3LYP/6-311++G(d,p)理论水平研究了铬/氢/空气焚烧动力学模型中各反应的微观机理,对该焚烧动力学模型进行修正,并根据传统过渡态...     

基于过渡态理论的碳烟成核过程中萘生长路径

采用G3(MP2,CC)方法计算了添加C_2H_2、C_2 H_3和C_4H_4使苯基(C6H5)生长到萘(C10H8)(分别为C_2H_2-路径、C_2 H_3-路径和C_4H_4-路径)以及C5H5和C_5H_4反应生成萘和甘菊环(C10H8)(C_5H_4-路径)的详细多环芳香烃(PAH)生长路径,比较了4个路径的入口势垒和最大反应势垒,考察了反应位点对脱氢和C_2H_2添加反应的影响以及氢原子的存在对脱氢反应的影响,计算了以Arrhenius形式表达的反应速率常数.结果表明:C_5H_4-路径入口势垒极低,即C_5H_5极易与C_5H_4发生反应.与C_2H_2和C_2 H_3相比,C_4H_4更容易与苯基发生反应.C_2 H_3-路径和C_4H_4-路径中所有子路径的限速步骤均为顺反异构化反应.反应位点对有氢原子参与的脱氢反应影响不大,对C_2H_2添加反应影响较大.此外,有氢原子参与的脱氢反应比直接脱氢反应更容易发生.     

燃烧中汞与N2O、O3的反应机理

采用量子化学从头计算MP2／SDD方法研究了燃烧过程中汞与N2O、O3的反应机理,优化得到反应途径上的反应物、过渡态、中间体和产物的几何构型．用QCISD(T)方法计算能量,同时进行零点能校正,并以此能量计算活化能,同时计算指前因子、反应热效应及熵变,采用经典过渡态理论计算反应速率常数．研究结果表明,量子化学是研究汞等痕量元素、气体反应的机理、动力学参数和热力学参数的一种有效手段．     

碳烟边缘茚型五碳环与活性O的氧化反应机理研究

针对碳烟在火焰中的氧化，本文利用DFT方法研究活性O氧化碳烟边缘茚型五碳环结构的反应机理．在B3LYP/6-311G(d,p)和M06-2X/cc-p VQZ的计算水平下，探究活性O与C13H9自由基的详细反应路径，并基于TST计算各基元反应在500～3 000 K温度范围内的速率常数．结果表明：活性O与C13H9自由基形成的C₁₃H₉O，进一步热解后将产生CHO、CO和具有四碳环结构的PAHs.CHO的生成高度依赖温度和反应位点，其反应需克服402.7 kJ/mol的限速步能垒．C₁₃H₉O热解的氧化产物主要为CO.M1和M2热解释放CO的主反应路径为路径3和12，并产生具有四碳环结构的CS9，对应的限速步能垒分别为167.9 kJ/mol和153.8 kJ/mol.C₁₃H₉O热解的起始反应主要为C—C键断键和H转移反应，其中C—C键断键的反应路径更易发生，且反应速率也更快.     

高浓度CO2气氛下煤焦异相还原NO的量子化学研究

氧燃烧技术是一种能综合控制燃煤污染排放的新型燃烧技术,循环烟气中NOx被碳氢化合物的均相、煤焦(碳)异相还原,使得NOx排放大为降低.高浓度CO2气氛是氧燃烧技术的最大特点之一,为了研究高浓度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,得出每个反应的阿累尼乌斯表达式,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;并且为进一步研究煤焦与多种气体联合作用机理提供了理论基础.