基于煤氣化廢水處理流程萃取劑選擇的量子力學(xué)計算

孔 毅,崔 哲,王紹光,徐環(huán)斐,田文德

(青島科技大學(xué) 化工學(xué)院,山東 青島266042)

煤炭氣化行業(yè)仍然是人們獲取能源不可缺少的途徑[1]。當(dāng)前國內(nèi)外應(yīng)用最多的煤氣化技術(shù)為LURGI[2]加壓煤氣化工藝,具有原料適應(yīng)性較好、氣化強(qiáng)度大、耗氧率低、效率高等優(yōu)點(diǎn)。然而,煤炭轉(zhuǎn)化成各種產(chǎn)品的同時也產(chǎn)生大量的廢水[3]。由于煤氣化廢水水質(zhì)成分復(fù)雜,污染物濃度高,毒性大[4]。因此,高效處理煤氣化廢水顯得尤為重要。2018年ZHU 等[5]綜述了煤氣化廢水的各種預(yù)處理、生物處理和先進(jìn)處理方法,并對其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較。2019年LIU 等[6]提出了混凝臭氧法處理煤氣化廢水的方法。由于煤氣化廢水的主要污染物為酚類物質(zhì),因此處理含酚廢水是處理煤氣化廢水的關(guān)鍵。2017年FENG 等[7]對各種酚類萃取劑的選擇進(jìn)行了研究和比較,選出了最佳的萃取劑,但并沒有對萃取機(jī)理進(jìn)行充分解釋。2019年GAI等[8]利用乙醇胺(C2H7NO)從煤焦油中分離酚類化合物,并利用量子化學(xué)方法研究其萃取機(jī)理。

萃取劑的選擇仍然依賴于實(shí)驗(yàn)方法,這是一個費(fèi)時費(fèi)力的過程。因此,有必要尋找一種方便、省時的方法來篩選萃取劑。幸運(yùn)的是,利用量子力學(xué)可以完全理解和預(yù)測所研究系統(tǒng)的性質(zhì)。該方法對研究材料的微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能之間的關(guān)系也有一定的 應(yīng) 用 前 景 。HARTREE 等[9]在20 世 紀(jì)30 年 代提出了獨(dú)立粒子模型,并將其應(yīng)用于原子結(jié)構(gòu)的模擬。在之后發(fā)展起來的密度泛函理論(Density Functional Theory,DFT)是一種研究多電子系統(tǒng)電子結(jié)構(gòu)的方法。2018 年ZHANG 等[10]使用DFT定量研究了靜電相互作用和π-π相互作用,由于忽略了環(huán)氧基團(tuán)的影響,模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在偏差。……