汞污染具有剧毒性、持久性、富集性和全球性。2013年10月,中国签署了旨在全球范围内控制和减少汞排放的国际公约《水俣公约》,这给我国带来了空前巨大的限汞压力,倒逼我国涉汞行业产业结构升级。煤炭行业是我国的排汞大户,高效清洁的煤气化技术成为重要的研究方向,但在煤气化过程中,煤炭中的汞将以单质汞的形态释放到煤气中,煤气中含有CO、H2等还原性气体,难以将单质汞氧化为易于脱除的氧化态汞。目前,对于煤气中单质汞的脱除研究仍相对较少,开发的吸附剂存在脱汞效率低、微观机理不清晰等问题,因此探索性地研究还原性气氛下汞的吸附机理对于煤气化技术的发展有重要的实际意义。铈基吸附剂具有特殊的Ce4+/Ce3+氧化还原对,在还原性气氛下有助于将单质汞氧化为氧化态汞,从而极大的提高汞的脱除效率。基于这种特性,本文从实验方法与模拟计算两方面研究了煤气气氛下纯Ce02及掺杂一定质量分数Pd的CeO2(Pd-CeO2)对单质汞的吸附机理。利用实验方法研究了还原性气氛下温度、Pd的掺杂量对CeO2脱汞效率的影响,为了深入认识汞的吸附机理,基于密度泛函理论模拟计算了Hgo在Ce02三个不同表面(100、110、111)吸附时的吸附位置、吸附能及吸附结构的变化,模拟计算了Hg0在Pd-CeO2(111)表面的吸附从而明确Pd的掺杂对Ce02吸附汞的影响机理,计算了H2S对Hg0在Pd-Ce02(111)表面吸附的影响机理。首先,利用沉淀法制备了Ce02吸附剂和掺杂4%、8%质量分数的Pd-Ce02吸附剂。利用氮吸附仪(BET)分析、扫描电镜(SEM)分析、x-射线衍射(XRD)技术等测试手段,对吸附剂表面的物理结构进行深入地分析发现,纯Ce02的比表面积为34.80 cm2·g1,总孔容积为0.029 cm3·g-1,平均孔径为3.12nm。随着掺杂Pd的质量分数的增加,比表面积逐渐增加,总孔容积逐渐增加,平均孔径逐渐减少,Pd均匀的分布在Ce02表面,分散性较好,结构发达,晶相结构完整,为汞的吸附提供了良好的条件,从结构上说明Pd的掺杂有利于吸附剂对气体分子的物理吸附。然后,在实验室模拟煤气气氛下,研究了温度以及Pd的掺杂比例对汞在Ce02表面吸附性能的影响,结果表明随着温度的升高,汞吸附效率总体上呈先上升后下降的规律,在200℃时汞的吸附效率最高为87.3%,在150℃时汞的吸附效率最低为25.9%。经过分析发现,温度升高主要抑制物理吸附而加强化学吸附,在温度高于200℃时,吸附效率随温度升高而降低,主要体现在S与Hg0反应生成HgS的量逐渐减少。随着Pd负载量从0增加到8%,Hg0最高脱除效率从25.9%增加到95.66%,与纯Ce02吸附汞的效果相比,掺加Pd后,吸附效果明显增强,且随着Pd质量分数的增大,最高吸附效率逐渐增大,说明贵金属Pd的掺杂能够有效提高CeO2的吸附效率。最后,利用基于密度泛函理论的VASP软件,模拟计算了Hg0在Ce02三个不同表面(100、110、111)的不同吸附位点的吸附情况,结果表明汞在CeO2三个表面的吸附能力均较弱,结构优化后的汞原子均远离CeO2表面,说明汞在纯Ce02表面未发生强烈的化学吸附,理论计算的结果与本文吸附实验中汞在纯Ce02不同温度下吸附率均较低相一致。对Hg0在Pd-CeO2(111)表面的不同吸附位点的吸附进行了计算,结果表明Pd原子的掺杂有利于使Ce02(111)表面的晶格氧转化为化学吸附态氧,与Hg原子发生了强烈的化学吸附,原子间形成了新的化学键,同时,掺杂的Pd和Hg会发生汞齐反应形成合金,从微观上认识了Pd的掺杂对CeO2吸附汞的影响机理。计算了H2S存在时Hg0在Pd-CeO2(111)表面的吸附过程,结果表明H2S分子中的S-H键会依次发生断裂最终转化为S原子稳定吸附在Pd-CeO2(111)表面,Hg0与Pd-CeO2(111)表面的S原子在Z方向发生了强烈的化学吸附,形成稳定的HgS。