α-Fe2O3表面SO2吸附及SO3催化生成的密度泛函分析

作者：王永兵,戴高峰,單志亮,王學斌,尤紅軍,譚厚章

摘要：燃煤電廠排放了大量SO2和少量SO3,SO3的產生不僅危害環境,且不利于電廠的安全運行,飛灰和鍋爐壁面中的Fe2O3對SO3生成有顯著催化作用,而目前對Fe2O3催化生成SO3的路徑研究和機理揭示還不夠深入。建立了α-Fe2O3(001)表面,利用密度泛函分析方法,對SO2和O2在α-Fe2O3(001)表面的吸附方式進行研究,得到SO2的穩定吸附構型和O2在Fe2O3表面的解離方式,利用過渡態搜索方法研究了α-Fe2O3表面催化生成SO3的反應路徑和反應能壘,并對比了氣相反應生成SO3的反應能壘。結果表明,SO2最穩定的吸附方式是SO2中的O原子和S原子吸附在α-Fe2O3晶體上的Fe原子上方,S原子不易在α-Fe2O3表面的晶格氧上方吸附;O2在α-Fe2O3表面的吸附能大于SO2的最大吸附能,表明O2更易在α-Fe2O3表面吸附;O2極易在表面有氧空位的Fe2O3晶體上發生解離并生成O原子,說明有氧空位存在的α-Fe2O3更易促進O2的解離和表面吸附氧的產生。SO3生成的L-H機理為氣相中的SO2和O原子先在α-Fe2O3表面吸附,再結合生成SO3,該過程的反應能壘為231.65 kJ/mol;E-R機理為氣相中的SO2與α-Fe2O3的表面吸附氧發生反應生成SO3,其反應能壘為24.82 kJ/mol,小于L-H機理的反應能壘,也遠小于氣相反應中SO3生成的反應能壘。證實Fe2O3對SO3的生成具有顯著的催化作用,且E-R機理為主導的反應機理,氧空位的存在促進了O2在α-Fe2O3表面的解離,且表面吸附氧在催化過程中起關鍵作用。

發文機構：新疆維吾爾自治區特種設備檢驗研究院 西安交通大學能源與動力工程學院

關鍵詞：Α-FE2O3SO2吸附SO3密度泛函催化α-Fe2O3SO2 adsorptionSO3density functional theorycatalytic reaction

分類號： TK114[動力工程及工程熱物理—熱能工程]