煤焦孔隙特征对挥发性有机物吸附特性影响的分子模拟研究

为了减轻挥发性有机物(VOCs)对生态环境和人体健康的危害，针对煤焦吸附VOCs过程进行了分子模拟，研究煤焦微观理化结构特性尤其是孔隙结构对VOCs吸附特性的影响规律。基于煤焦分子建模与分子反应动力学模拟，构建了具有不同孔隙特征的煤焦分子模型，通过蒙特卡罗方法模拟VOCs在两种孔结构煤焦中的吸附特性与反应过程。所构建的煤焦微孔模型中仅有微孔，而中微孔模型在微孔基础上耦合了中孔结构。模拟结果表明：微孔是影响小分子VOCs吸附稳定性和吸附量的主要因素，中孔的加入不会显著增加吸附量，有时反而会使VOCs吸附性能略微降低。不同吸附质间影响吸附的主要因素为分子量与极性，分子量越大，极性越小，在煤焦中的吸附效果越好。研究结果对重构优化煤焦微观孔隙结构，提高VOCs吸附性能具有参考价值。     

不同结构硅胶材料对甲苯分子的吸附行为及吸附动力学实验研究*

选用3种商用硅胶(A型、B型和C型),利用物理吸附仪详细表征了孔结构参数;在298.15 K下测定了不同浓度甲苯分子在硅胶上的动态吸附穿透曲线,计算了对应的平衡吸附量;并研究了硅胶对甲苯分子的吸附动力学。结果表明:A型硅胶具有丰富的微孔结构,而B型硅胶和C型硅胶则为典型的介孔材料;对比分析了硅胶孔结构对平衡吸附量的影响,确定了具有1~4 nm孔径分布的A型硅胶为适宜甲苯分子吸附材料。同时,相比于准二阶动力学方程,甲苯分子在硅胶上的吸附行为更符合准一阶动力学方程。     

不同类型吸附材料对油气分子吸脱附性能对比实验研究*

吸附材料的性能对油气分子吸附过程起着关键性的作用。系统表征了四种吸附材料(G-1型和G-2型硅胶、S-1型树脂和F-1型分子筛)孔结构信息,计算了其中三种具有微孔分布吸附材料的标准特征吸附能,考察了其初次吸附钝化过程和动态吸附过程特性。实验结果表明,G-1型硅胶和S-1树脂均具有丰富的微孔分布,G-2型硅胶主要表现为介孔材料特征,而F-1型分子筛几乎无微孔分布,孔穴主要分布在介孔与大孔区域。通过相应的标准吸附特征能可反映不同吸附材料的微孔分布。另外,四种吸附材料的初次钝化吸附量和动态吸附量变化情况相似,均为S-1型树脂最大,G-1型和G-2型硅胶次之,F-1型分子筛最小。由于材料中的微孔分布决定了油气分子吸附过程,从而影响对应的吸附量。     

微波再生含VOCs的高聚物吸附树脂

分别采用极性、弱极性和非极性高聚物树脂作为吸附剂,苯和甲苯为吸附质,对微波再生吸附树脂的过程进行了研究,通过实验分析了吸附剂和吸附质性质对微波再生效率的影响,结果表明：对于饱和吸附挥发性有机物（VOCs）的树脂,使用微波再生法比常规的热再生法不仅有更高的脱附速率和再生率,而且微波再生的床层温度要远低于热再生的床温度,这表明微波具有选择性的特征;在微波场作用下,吸附剂床层的温升取决于所装填吸附剂的极性,极性大者,温升也较大;对于相同的吸附质,微波再生效率随吸附剂极性的增加而减小;对于相同的吸附树脂,在微波场作用下,苯比甲苯更容易脱付。     

常温下煤与两个氧气分子吸附机理研究

应用分子轨道理论研究煤活性特征结构对两个氧气分子的吸附机理。通过计算表明煤活性特征结构对2个氧气分子的吸附能较大,氧气分子易与煤活性特征结构发生吸附作用。煤活性特征结构苯环对氧气分子的吸附位置位于苯环的正上方,而含氨基侧链对氧的吸附位置位于C—N键的正上方,且氧原子与N原子的距离较近。吸附引起的电子转移使氧分子O—O键的强度减弱,键长拉大。吸附在含氨基侧链上的氧气分子的净电荷发生了较大的改变,证明侧链对氧的吸附是一种比较强的相互作用,而且其得到的电子主要由C_(14)和N_(21)来提供,由于吸附在侧链的氧气分子的最高占据轨道得到了大量的电子,削弱了O—O键的作用,导致O—O键的键长拉长的作用比较明显。     

H_2和CO_2在金属-有机架构(MOFs)材料中的吸附性质

使用巨正则系综蒙特·卡洛(GCMC)方法以及TEAM力场参数考察了H2和CO2分子在IRMOF-1和IRMOF-16两种晶体材料中的吸附性质,用统计涨落理论计算了客体分子的吸附热,并分析了柔性骨架和刚性骨架对客体分子吸附性质的影响.计算表明,柔性和刚性骨架对吸附量和吸附热影响可以忽略.客体分子的体积吸附量在IRMOF-1中更大,重量吸附量在IRMOF-16中更大.IRMOF-16的吸附热小于IRMOF-1.这些结论都与前人的实验及理论研究相吻合.     

青豆种子等温线及平衡含水率模型

为研究青豆种子的热动力学特性,深入理解青豆吸附过程的水分特性和所需能量变化,利用饱和盐溶液,采用静态称重法测定了青豆种子在20～40,℃和水分活度在0.112～0.946范围的等温线;采用非线性回归方法确定了BET多分子层吸附理论模型的系数,并判定了青豆的吸附与解吸模型的拟合优度;应用Clausius-Clapeyron方程计算了青豆的净等量吸附热.结果表明：吸附与解吸相比存在明显的滞后现象;解吸时单分子层饱和吸附量大于吸附时的数值,随着温度升高青豆的单分子层饱和吸附量下降;吸附层数的变化趋势与单分子层饱和吸附量的相反;在Henderson、修正的Henderson、修正的Chung-Pfost、Halsey、修正的Halsey、修正的Oswin、修正的GAB模型中,Halsey模型拟合优度最佳;净等量吸附热随平衡含水率的增加而减少.     

浮选剂的结构与性能(Ⅰ)

本文用分子轨道理论指数和基团电负性研究浮选结构-活性关系三种因素中的价键因素和疏水-亲水因素。用计算数据组成一组药剂活性判据,预测药剂浮选行为(作用专属性,选择性和能力大小)以及解释机理,讨论药剂在矿物表面化学吸附时键合原子位置,价键种类,分子中极性/非极性结构关系及各原子间的相互影响等,为寻找特定性能药剂指出途径。     

热处理对多微孔活性硅胶吸附特性的影响

本文采用溶胶－凝胶法在陶瓷薄片上制备多微孔活性硅胶膜。研究了热处理对活性硅胶表面结构和吸附性能的影响；测定了硅胶膜的比表面积，等温吸附曲线；并进行了热分析及红外光谱分析。结果表明：焙烧温度低于５５０℃时，热处理对硅胶膜的比表面积无影响；８５０℃时开始有熔结现象，随着焙烧温度的继续升高，比表面减少较快；硅胶膜的吸附量随焙烧温度的升高而减少。     

有机铵盐改性蒙脱土、海泡石吸附去除水中苯、甲苯和乙苯等污染物的研究

本文用两种有机铵——十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)和十六烷基吡啶(CPB)与两种粘土——蒙脱土和海泡石进行反应,使有机铵阳离子取代粘土中阳离子,形成有机改性粘土。用此改性粘土作为吸附剂去除水中苯、甲苯和乙苯三种污染物,静态吸附实验的平衡时间为2h,吸附容量约为5～10mg/g(平衡浓度以10ppm计),远远大于粘土原土的吸附容量。获得这样效果的主要原因是有机铵的脂肪链端改变了粘土的亲水性能,使得粘土表面憎水。同时X衍射实验数据还显示了粘土层间间距因有机铵的嵌入而大幅度撑开,被吸附的有机物分子进入粘土层间又使得其层间间距进一步增大。这表明改性粘土吸附水中有机污染物的机理包括两个方面:一是改性粘土利用有机铵的非极性脂肪链端萃取有机物分子;二是粘土层间对有机物的进一步吸附。     

稠油胶质特性及其对沥青质吸附行为研究

考察了4种稠油胶质的分子结构特性及其对塔河、辽河沥青质的吸附行为,探讨了胶质吸附行为与沥青质分散稳定性间的内在联系。 结果表明: 4种胶质对沥青质的吸附符合Freundlich吸附,曲线形状是胶质多层吸附及渗透进入沥青质微孔结构的综合反映。4种胶质吸附等温曲线形状与其分子结构特性对照表明,塔河、渤海和辽河胶质对沥青质的吸附在低平衡浓度部分产生紧密单分子层吸附, 吸附曲线平滑;在高平衡浓度部分, 因其较强极性导致正庚烷对其亲和作用力不及沥青质从而发生相态分离, 在沥青质表面产生积极吸附造成曲线斜率急剧增大; 较弱极性的华北胶质未产生明显相态分离现象, 而是随浓度增加成比例渗透进沥青质聚集体中产生吸附。4种胶质的吸附行为与其分散稳定沥青质的有效性之间关系显示了胶质对沥青质的分散稳定能力既与其吸附量有关,也与其分子结构特性有关。     

茶叶质铁对活性艳红K-2BP染料和活性嫩黄K-6G染料的吸附性能研究

用改性茶叶与Fe3＋反应,制得吸附材料茶叶质铁,用此吸附剂吸附水溶液中的活性艳红K-2BP染料和活性嫩黄K-6G染料,对吸附pH值、温度和时间等工艺条件和吸附动力学进行了研究.结果表明：茶叶质铁对2种染料的吸附最佳pH值都小于1,平衡吸附量随着温度的升高先增大后减小,茶叶质铁对结构式中含酚羟基的活性艳红K-2BP染料饱和吸附量大;动力学吸附速率方程表明茶叶质铁对2种染料的吸附反应符合一级反应.     

稠油减压渣油中镍的分布及其在热转化过程中的变化

将辽河欢喜岭稠油的减压渣油在16种不同的反应条件下进行热转化,考察了残渣油中镍的分布,讨论了裂化残渣戊烷可溶质及其色谱组分中镍的脱除率与反应温度及反应时间的变化规律。对部分裂化残渣油的戊烷可溶质采用硅胶吸附色谱法,将其分离成含有弱极性非卟啉镍、强极性非卟啉镍三个组分,考察了它们在热转化过程中的变化。研究结果认为,采用热转化和溶剂脱沥青相结合,可脱除脱沥青油中的大部分金属镍。弱极性非卟啉镍的脱除率最大,而强极性非卟啉镍和卟啉镍的脱除率较低。本文还对含镍组分的热转化反应动力学进行了探讨。     

稠油减压渣油中镍的分布及其在热转化过程中的变化

将辽河欢喜岭稠油的减压渣油在16种不同的反应条件下进行热转化，考察了残渣油中镍的分布，讨论了裂化残渣戊烷可溶质及其色谱组分中镍与反应温度及反应时间的变化规律。对部分裂化残渣油的戊烷可溶质采用硅胶吸附色谱法，将其分离成含有弱极性非卟啉镍、强极性非卟啉镍三个组分，考察了它们在热转化过程中的变化。研究结果认为，采用热转化和溶剂脱沥青相结合，可脱除脱沥青油中的大部分金属镍。弱极性非卟啉镍的脱除率最大，而强极性非卟啉镍和卟啉镍的脱除率较低。本文还对含镍组分的热转化反应动力学进行了探讨。     

硅胶的孔径结构对脱附活化能的影响

该文为研究硅胶孔结构对水蒸气吸附速率／脱附活化能的影响，在吸附水蒸气动力学实验中采用了间歇式吸附方法，用程序升温脱附技术测定了水在硅胶上的程序升温脱附（TPD）曲线并估算了水的脱附活化能。结果表明：A型、B型和C型硅胶的平均孔径分别为2nm、5．28nm和10．65nm。在10％～45％低湿范围内，硅胶的平均孔径越大，其吸附初始阶段的吸附速率越快，平衡吸湿量越小；高湿度条件下，硅胶的平均孔径和孔容越大，其吸附初始阶段的吸附速率越慢，平衡吸湿量越大。水分子在A型、B型和C型硅胶上的脱附活化能分别为35．54kJ／mol、31．41kJ／mol和26．16kJ/mol，说明水分子在硅胶上的脱附活化能随着硅胶的孔径增加而明显减小。与微孔硅胶相比．在中高湿度下中孔硅胶有较大的平衡吸附量和较低的脱附活化能。     

吸附树脂对油气分子吸脱附性能实验研究*

吸附材料的性能对油气分子吸附过程起着关键性的作用。系统表征了三种吸附树脂材料(HX-1型、HX-2型和HX-3型)孔结构信息,计算了相应的标准特征吸附能,考察了其初次吸附钝化过程和动态吸附过程特性。实验结果表明,三种吸附树脂均具有丰富的微孔和介孔分布,其中HX-1型树脂的微孔孔容与微孔占有率最大,通过相应的标准吸附特征能可反映其微孔分布;三种吸附树脂的初次钝化吸附量和动态吸附量变化情况相似,均为HX-1型树脂最大,HX-2型树脂次之,HX-3型树脂最小。吸附树脂中的微孔分布决定了油气分子吸附过程,从而影响对应的吸附量。     

甲醇在Ir(111)表面吸附的密度泛函理论研究

本文采用第一性原理和周期平板模型相结合的方法,对CH3OH分子在Ir(111)表面top,bridge,fcc和hcp位的吸附模型进行了构型优化,对体系的吸附能、O-H键、C-O键和-CH3键等振动频率进行了计算,并对电子态密度(DOS)进行了分析.计算结果表明top位是比较有利的吸附位,但是吸附能较小,吸附后甲醇分子构型未发生较明显的变化.通过对吸附前后甲醇分子振动频率分析,发现甲醇吸附后O-H键比C-O键红移大,说明甲醇解离时O-H键比C-O键活化程度高.通过DOS分析发现甲醇主要是π轨道参与了成键.     

含硫非离子型极性捕收剂的结构与性能——兼论新型高效捕收剂研制途径

本文归纳国内外关于含二价硫非离子型极性捕收剂浮选应用结果,并用分子轨道及原子键参数方法,从药剂结构-性能关系方面讨论它们具有优良性能的原因及今后研制高效捕收剂的途径。这种捕收剂的特点是:选择性高,用量少,兼有起泡性。它们的高选择性主要由于键合基C=S,—S—的正配键能力比—SH基降低,反馈配键能力增强以及分子断面加大,空间可接近性低所致。它们兼有起泡性是由于分子中同时带有亲固基及亲本基二种极性基,以及非极性基数目多(二个以上),极性基极性弱,亲水-疏水比例小所致。它们用量低是由于药剂化学活性小,在矿浆中无效消耗(矿泥吸附,金属离子沉淀)少,每个分子盖罩矿物表面积大,以及药剂在固气界面吸附量大,发生Γ_(LG)向Γ_(SG)转移。向药剂分子中C=S,—S—基附近引入高电负性基团或原子,可进一步提高药剂作用选择性。     

活性碳纳米纤维对VOC的吸附性能

通过对比不同直径的活性碳纳米纤维及活性碳纤维对苯、甲苯和乙醇蒸汽的吸附等温线,研究不同直径的活性碳纳米纤维及活性碳纤维吸附挥发性有机物(VOC)气体性能的差异。经扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等测试分析,结果表明:活性碳纤维直径在10μm数量级,随直径减小,纤维晶体性变差,结构无序性增大;微孔达0.4～0.8 nm时VOC气体分子更易进入与吸附位结合;活性碳纳米纤维及活性碳纤维氮吸附-脱附曲线均为Ⅰ型。故分压比低于0.01时活性碳纳米纤维对苯、甲苯和乙醇的吸附量要高于活性碳纤维的吸附量。     

双酚A的活性炭吸附特性

研究了活性炭吸附双酚A(BPA)的规律、吸附特性和吸附处理效果。结果表明:吸附速度快,1 h达到平衡。吸附符合弗兰德利希公式,吸附常数K=191 m g/g,1n=0.239。吸附容量大,且受被吸附质浓度的影响小。当pH>9和有其他有机物存在时,因BPA发生电离和竞争吸附使吸附容量减小,吸附规律发生变化。但活性炭吸附可使BPA浓度降低到0.08 m g/L以下,是处理含BPA废水的一种有效方法。