钙循环碳酸化过程CaO催化CO脱除NO的DFT研究

X7; 全球CO2 排放量在过去几个世纪迅速上升,尤其是最近几十年,CO2 排放量的提高加剧了温室效应.CO2 排放主要来自化石燃料燃烧,特别是燃煤发电厂.钙循环,即CaO的碳酸化/煅烧循环,是燃煤电厂最有前景的CO2 捕集技术之一.同时,燃煤发电厂也是NOx排放的主要来源之一.由于具有成本低、毒性小等优点,CO可以作为NO的还原剂.CaO对于CO还原NO具有催化作用.煅烧炉中CaCO3 分解所需的能量由生物质燃烧提供.一些未燃尽的焦炭随CaO流入碳酸化炉,与烟气中的O2 反应生成CO.因此,在钙循环的碳酸化炉内捕集CO2 的同时可实现NO脱除.但关于CaO在碳酸化阶段催化CO还原NO的微观反应机理尚不清楚.利用密度泛函理论(DFT)计算研究了钙循环碳酸化阶段CaO催化CO还原NO的机理,确定了CaO(100)表面上CO和NO分子的结构、吸附和反应路径参数,包括原子布局、键长、吸附能和能垒.CO和NO分子在CaO(100)表面的最佳吸附位是O-top位,吸附能分别为-0.35和-0.79 eV.在CO2 存在下,CaO(100)表面上CO、NO的吸附能分别为-0.36、-0.20 eV.CO和NO分子在CaO(100)表面上共吸附是可行的,但CO2 对共吸附有明显抑制作用.在CaO(100)表面进行的CO还原NO反应路径,在经历CO2 形成与吸附、N2 形成这 2个基元反应后,最终生成 1个N2 分子与 3个CO32-,总能垒为11.08 eV.其中,CO2 形成及吸附(R→IM1→IM2)为整个反应过程的决速步骤.