DFT计算分子筛上的催化氨氧化反应机制的研究

作     者：孙雪莉 

作者单位：北京化工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张润铎

授予年度：2019年

学科分类：081705[工学-工业催化] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070602[理学-大气物理学与大气环境] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0706[理学-大气科学] 

主      题：氨气选择性催化氧化 分子筛 拓扑结构 反应机理 DFT 

摘      要：随着人们对生活质量要求的提高,环保问题成为关乎民生的重要问题,大气污染是环保问题的重中之重,氨气是重要的大气污染物之一,到目前为止,多种氨气的处理方法被提出,包括物理法,生物法以及化学法等,其中化学法处理氨气的优势明显,特别是氨气的选择性催化氧化,具有时间短,效率高等优点,被认为是比较理想的氨气净化处理方法。采用铜离子交换后的分子筛对氨气具有较好的选择性和催化氧化脱除效果,但是对于不同拓扑结构分子筛上氨氧化活性的比较以及机理间的对比研究还鲜有报道。本文研究了三种不同拓扑结构(MFI、BEA、MOR)分子筛上氨气的催化氧化性能,并借助密度泛函理论(DFT)对反应机理进行了详细阐释。三种分子筛的氨氧化机理对比研究结果表明:离子交换率相同的条件下,MFI构型的Cu-ZSM-5分子筛在300℃时,N2产率高达90%,是三种分子筛中NH3催化净化效果最好的催化剂,DFT计算结果表明:反应机理包括以下三部分:(1)吸附气态氨气分子,随后与活性氧原子作用生成OHNH2;(2)通过E-R机理,由生成的OHNH2和气相的氨气分子反应生成中间物种N2H4;(3)N2H4物种和活性氧原子继续作用,逐步脱氢,最后生成氮气和水。通过反应路径活化能计算明确OHNH2物种的生成所需能量最高,是反应的速控步骤。