NO-SO-,2--N-,2--O-,2-等離子體化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及量子化學(xué)分析.pdf

1、近年來(lái)，利用非平衡等離子體技術(shù)處理燃燒煙氣中的主要污染物No<,x>及SO<,x>已經(jīng)發(fā)展成為一種新興的技術(shù)。等離子體放電的理論和計(jì)算機(jī)模擬處于初始階段，使得放電參量的選取較為盲目，放電難以獲得和控制。因此，對(duì)放電過(guò)程中的物理過(guò)程和化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的研究具有重要意義。 本文針對(duì)介質(zhì)阻擋放電等離子體NO/SO<,2>/N<,2>/O<,2>系統(tǒng)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)研究。根據(jù)相關(guān)理論知識(shí)的掌握，將整個(gè)反應(yīng)過(guò)程的模型分為兩部分：高能電子撞擊氣體

2、的離解，電離過(guò)程和后續(xù)的基元反應(yīng)過(guò)程。本文從統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)，化學(xué)動(dòng)力學(xué)和量子化學(xué)的角度對(duì)等離子體脫除NO<,x>/SO<,x>的內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行理論研究和分析，研究重點(diǎn)在引發(fā)整個(gè)等離子體系統(tǒng)反應(yīng)的高能電子碰撞分子的離解反應(yīng)。 本文首先綜合分析了低溫等離子體的理論基礎(chǔ)，以介質(zhì)阻擋放電方式為背景，重點(diǎn)研究了放電中的化學(xué)過(guò)程，研究了等離子體NO/SO<,2>/N<,2>/O<,2>系統(tǒng)離解反應(yīng)和后續(xù)基元反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理和途徑。

3、 其次，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)模擬。先根據(jù)自由程分配原理，推導(dǎo)了離解反應(yīng)速率常數(shù)隨電壓變化的公式，分析了電壓、氣體壓力和介質(zhì)材料等對(duì)反應(yīng)速率的影響；然后從分子碰撞理論觀點(diǎn)出發(fā)，針對(duì)系統(tǒng)中多種離解反應(yīng)，建立動(dòng)力學(xué)模型。采用Boltzmann方程分析法，得出電子能量分布函數(shù)及反應(yīng)速率常數(shù)，給出了速率常數(shù)隨電子溫度的變化曲線，并將速率常數(shù)擬合為Arrhenius公式的形式，對(duì)各反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行了比較與分析。通過(guò)速率常數(shù)等的求解，從理論計(jì)算來(lái)預(yù)測(cè)并

4、分析等離子體脫硫脫硝中各氣體反應(yīng)的發(fā)生，為今后的計(jì)算參考和數(shù)據(jù)選取提供了指導(dǎo)。 隨后，將作為化學(xué)前沿的量子化學(xué)計(jì)算應(yīng)用于熱能領(lǐng)域中SO<,2>/NO<,x>脫除的研究，以探求動(dòng)力學(xué)參數(shù)的完全理論計(jì)算，預(yù)測(cè)各反應(yīng)的發(fā)生和途徑。使用Hyperchem計(jì)算軟件，采用從頭算法，優(yōu)化分子結(jié)構(gòu)，獲得離解反應(yīng)發(fā)生前后的系統(tǒng)單點(diǎn)能，并以此計(jì)算了反應(yīng)產(chǎn)生所需的離解能參數(shù)，并將量化計(jì)算離解能結(jié)果與經(jīng)驗(yàn)參數(shù)相比較。同時(shí)得到了相關(guān)分子結(jié)構(gòu)靜態(tài)性質(zhì)。