金属有机骨架材料Zr-FUM的低碳烃分离性能

选取高稳定金属有机骨架材料(metal-organic frameworks material,MOF)Zr-FUM作为吸附剂,测试了纯气体CH_4,C_2H_6,C_2H_4,C_2H_2,C_3H_8和C_3H_6的吸附性能;通过单组分的吸附数据,计算了吸附热和吸附选择性;采用变压吸附分离装置对等体积比的CH_4/C_2H_6,C_2H_6/C_3H_8,C_2H_2/C_2H_4及C_2H_4/C_3H_6等4组较难分离的混合气体进行了穿透测试,以考察低碳烃混合气体的分离性能;最后,系统地测试了Zr-FUM的稳定性和循环性能。结果表明:Zr-FUM对这4组混合气体的穿透时间差分别为8,10,5,11min,表现出较好的低碳烃分离能力;在机械压力2 MPa、温度100℃以及水蒸气环境中停留36h时,Zr-FUM结构仍未遭到破坏,有着很好的稳定性;经10次循环分离实验后,Zr-FUM仍然能保持稳定的分离能力,显示出较长的循环寿命。     

煤中脂肪族硫醚结构氧化过程机理

应用Gaussian 03程序,采用密度泛函(DFT)方法,在B3LYP/6-31G(d,p)水平下研究煤中脂肪族硫醚结构(C_6H_5CH_2SCH_3)吸附O_2分子及氧化反应过程的能量变化,确定分子间氧化反应机制,为预防煤炭自燃奠定理论基础。由计算结果可知,煤中C_6H_5CH_2SCH_3结构物理吸附O_2分子形成复合物Ⅰ,形成过程是一个无势垒的过程,在热力学上是稳定的。煤中C_6H_5CH_2SCH_3结构与O2分子的相互作用距离dS-O为2.582A,经CP校正后的相互作用能为-20.60kJ/mol。分析复合物Ⅰ的电子密度变化,可确定其相互作用为范德华力,属于物理吸附。当复合物Ⅰ吸收足够的能量,将进一步发生化学反应。煤中C_6H_5CH_2SCH_3结构氧化反应共有5条反应路径,Path 4是反应的主反应路径,其产物P_3(C_6H_5CH_2SOH+CH_2O)是反应的主产物。经分析发现:煤中C_6H_5CH_2SCH_3结构易发生初步氧化,仅需12.36kJ/mol的能量,物理吸附一个O2分子释放的能量足以提供,但若要深度氧化将Path 4进行下去,需要再从外界吸收相当于物理吸附5个O_2分子释放的能量。     

CH_4、C_2H_6、CO_2三组分共吸附系统的吸附穿透曲线预测

本文进行了CH_4、C_2H_6及CO_2在4A分子筛上吸附等温线及扩散系数的测定,并实测了此三组分共吸附系统的吸附穿透曲线.利用实测的单组分数据及溶液热力学方法预测了共吸附平衡,在此基础上用本文提出的计算方法预测了CH_4、C_2H_6及CO_2三组分其吸附系统的吸附穿透曲线.预测的结果与试验结果较好地吻合.最大的误差为0.781％.     

CO_2/CH_4在干酪根中竞争吸附规律的分子模拟

选取有机质作为研究对象,构建干酪根模型,采用巨正则系综蒙特卡罗(GCMC)方法和分子动力学方法(MD)研究不同摩尔分数、不同压力下CH_4和CO_2的气体的竞争吸附行为以及吸附引起的干酪根本体形变。结果表明:CH_4和CO_2单组分吸附时吸附量随着压力的增大而增大,CO_2吸附会在较小的压力时达到饱和,两种气体吸附符合Langmuir吸附规律,可以使用Langmuir方程进行拟合;在相同的压力和温度下,CO_2/CH_4吸附选择性会随着CO_2摩尔分数的增大而减小,CO_2更易被干酪根吸附;干酪根与CO_2有较强的相互作用,干酪根中不同的原子对吸附起着不同的作用;低压阶段吸附是引起体积应变的主要原因,高压阶段压力对体积应变发挥明显作用。     

炭分子筛变压吸附脱除煤层气中O_2的研究

使用3H-2000PW多站重量法蒸汽吸附仪测定298 K、0～100 kPa下,CH_4、O_2单组分的静态平衡吸附等温线及298 K、20 kPa下,CH_4、O_2单组分的吸附动力学曲线;采用单塔吸附装置研究CH_4/O_2混合气中的O_2在炭分子筛吸附剂上的动态吸脱附行为;考察O_2体积分数在顺放过程中的变化。结果表明:O_2在该炭分子筛上的静态吸附量及扩散速率均大于CH_4的静态吸附量及扩散速率;吸附压力为0.6 MPa、塔顶气相对流量为1是比较合适的脱氧条件;在床层利用率为60%的条件下,顺放气能够满足产品气中O_2体积分数1%的要求;抽真空5 min及吹扫气量3 L/min H_2是比较好的再生方式;多次连续重复吸脱附实验后,炭分子筛对O_2的吸附量稳定不变,是用于煤层气脱氧合适的吸附剂。     

利用密度泛函理论研究苄硫醇在石墨烯表面的吸附机理

用密度泛函理论方法对C_7H_7SH在纯的、缺陷的和Hg/Pd掺杂的石墨烯表面的吸附机理进行了详细的研究.主要考虑了两种模型:情况1为C_7H_7SH平躺在各种石墨烯表面;情况2为C_7H_7SH垂直地放在各种石墨烯表面,且巯基靠近表面.结果表明,C_7H_7SH初始构型对它们之间的相互作用在某种程度上有一定的影响.情况1较情况2有较大的吸附能.此外,情况1中吸附能的结果显示C_7H_7SH可以更好地与缺陷的、Hg/Pd掺杂石墨烯表面紧密结合.这一结论同态密度、差分电荷密度的分析也是一致的.     

少量乙烯对甲烷爆炸危险性及反应历程的影响

工业生产中可燃气体爆炸往往是多元可燃气体在空气中的爆炸,而乙烯作为活性非常高的可燃性气体,对甲烷爆炸的危险性有很大影响,为了进一步考察乙烯影响CH4爆炸的规律,采用标准的可燃气体爆炸极限测试装置,分析了含有不同浓度C_2H_4时,CH_4在空气中的爆炸极限;并基于密度泛函理论(DFT),在B3LYP/6-31G水平下对相关基元反应进行定量分析,计算出相应热力学数据,然后用反应内禀坐标法验证反应路径,结合反应动力学来分析C2H4对甲烷爆炸反应历程的影响。结果表明:少量C_2H_4可使甲烷爆炸上限和下限均有所下降,且爆炸下限下降更明显,爆炸危险度F值增大;C2H4裂解过程中的·C2H3与O2反应生成爆炸链反应的中间产物CH_2O,增加了CH_4爆炸链分支反应;C_2H_4的存在增加了链反应所需的中间产物,提高了整个反应体系活化中心浓度,促进了甲烷爆炸;计算结果从微观角度很好地解释了实验结果,得出了C_2H_4/CH4混合体系16步简化反应机理。     

煤表面吸附H_2S气体特性量子化学分析

为探究煤层中硫化氢的吸附性质,建立山西铁新含硫化氢煤表面分子模型,利用软件Gaussian09,通过密度泛函理论(DFT)在B3LYP/6-311G上计算煤表面分子与H2S、CO2、CH4、N2气体分子的吸附能.进一步模拟了硫化氢和甲烷混合气体共存条件下,二者的依存关系.结果表明:煤吸附硫化氢的吸附能为2.230 k J/mol,键长、键角均无变化,表明煤对硫化氢存在吸附,且为物理吸附;煤对四种气体吸附能力依次为CO2CH4N2H2S,硫化氢为弱吸附气体;硫化氢的存在促进煤对甲烷的吸附;煤对硫化氢和甲烷混合气体的吸附能大于煤对单个气体的吸附能.     

非对称有限电场作用下2-甲基环己酮分子的光谱特性

采用密度泛函及含时密度泛函理论(TD-DFT)的B3P86方法,在6-311++g(2df)基组水平上计算2-甲基环己酮(CH_3—C_6H_9O)分子从基态到第1~第8个激发态的激发能、波长和振子强度,并考察非对称有限电场对CH_3—C_6H_9O分子激发态的影响规律.结果表明:CH_3—C_6H_9O分子的S2,S3,S4,S5,S8等激发态激发能随电场强度的增大呈急剧减小趋势,即外电场作用下CH_3—C_6H_9O分子易于激发和离解.     

分子篩对CH_3OH-H_2O和n-C_3H_7OH-H_2O系統中水的吸附

本文研究了分子篩的最佳制备条件。当矿化液的碱度和SiO_2/Al_2O_3分别等于200%及2时,並在90℃下晶化4小时,可获得4A分子篩,其組成为Na_2O·Al_2O_3·2SiO_2·nH_2O。作者等用該分子篩测定了其对CH_3OH—H_2O及n—C_3H_7OH—H_2O系統中水的吸附等温綫,並計算了相对浓縮度。吸附数据表明:分子筛对n—C_3H_7OH-H_2O系統中水的吸附能力要大于CH_3OH—H_2O系統。     

植物绝缘油击穿放电故障特征气体分析

对山茶籽植物绝缘油和矿物绝缘油两种变压器用油进行击穿放电故障试验,采用油中溶解气体分析方法测量并分析两种绝缘油放电故障所产生的油中溶解气体,分析并对比两种绝缘油纯油及油纸击穿产生气体的种类及百分含量。结果表明:两种绝缘油在击穿故障后均产生H_2、CH_4、C_2H_4、C_2H_6、C_2H_2、CO及CO_2这7种特征气体;随击穿故障次数的增加,植物绝缘油中溶解气体总量呈增加趋势,并且山茶籽植物绝缘油中CO和CO_2溶解气体含量大于矿物绝缘油;在两种绝缘油中,C_2H_2的含量在总烃中始终是最高的,这说明与矿物油相同,C_2H_2是山茶籽植物绝缘油电击穿故障的主要特征气体。     

气相中Re~+与C_2H_4连续反应机理的理论研究

采用密度泛函理论B3LYP方法研究基态下Re~+与C_2H_4连续反应的机理.Re~+与C_2H_4的反应是一个典型的插入-消除机制,第一步反应(形成IM_1的过程)放出的热量高达416.64kJ/mol.Re~+与C_2H_4一旦反应,整个反应就能自动进行下去,这为高能材料的研究提供了参考.Re~+与C_2H_4生成Re(C_2H_2)~+,放出1分子的H_2,反应生成的产物继续与C_2H_4反应,随着吸附C_2H_4的增多,吸附变得越来越难,反应决速步骤的能垒也越来越高,C-H键的断裂随之变得越来越困难,H_2也越来越难形成.当吸附到第4个C_2H_4时,C-H键已经很难断裂.     

CO2/CH4在干酪根中竞争吸附的分子模拟

干酪根对甲烷和二氧化碳的吸附行为对页岩气的开采有着重要的意义。根据有机质结构特点,构建三维干酪根模型,采用巨正则系综蒙特卡洛(GCMC)方法和分子动力学方法(MD)研究CH_4和CO_2的气体竞争吸附行为。结果表明:1 CH_4和CO_2单组分吸附时吸附量随着压力的增大会增大,CO_2吸附会在较小的压力达到饱和。两种气体吸附符合Langmuir吸附规律,可以使用Langmuir方程进行拟合;2 CO_2和CH_4在干酪根中的吸附热均随着各自的吸附量先减小后在增大;3在相同的压力下,吸附选择性随着温度的升高而减小。在同一温度下,低压阶段,吸附选择性随着压力的升高而减小。由选择性数值看出,CO_2更易被干酪根吸附。     

H_2O和CH_4在煤表面竞争吸附机理

为从微观上探讨H_2O和CH_4在煤表面竞争吸附的机理,构建C30H14(9个苯环)代表煤局部表面,通过密度泛函理论分析甲烷分子,水分子和煤局部表面之间的相互作用。结果表明,水分子在煤表面的吸附比甲烷分子在煤表面的吸附更加稳定,二者以最稳定吸附构型吸附时的吸附能分别为-13.23 kJ/mol和-10.13 kJ/mol.当甲烷分子与已吸附水分子的煤表面作用时,甲烷分子吸附能显著下降,吸附平衡距离增大,表明水分子能迫使甲烷吸附到不稳定位置。水分子和甲烷共存时,水分子处于吸附状态,甲烷分子处于脱附状态且总能量最低,进而从分子水平表明水和甲烷竞争吸附时水处于主导地位。     

基于绝对吸附量的页岩吸附CH_4和CO_2的热力学特征

为从热力学角度揭示陆相页岩对CH_4和CO_2的吸附机理,选取鄂尔多斯盆地延长组页岩进行不同温度下的CH_4和CO_2等温吸附实验,分析了过剩吸附量与绝对吸附量的差异,进而利用Clausius-Clapeyron方程研究了基于不同类型吸附量的吸附热力学特征。研究结果表明:绝对吸附量大于过剩吸附量,二者差值随温度升高而减小,随压力升高而增大,且吸附气为CO_2时,二者差值较CH_4大;采用过剩吸附量获得的等量吸附热明显偏高,并存在低吸附量阶段的负值现象,应当采用绝对吸附量计算等量吸附热;等量吸附热与吸附量间满足线性正相关,且吸附CH_4的等量吸附热大于CO_2,吸附CH_4和CO_2的绝对初始等量吸附热分别为52.04和27.71 kJ/mol,说明延长组页岩对CH_4的吸附作用力较强。     

不同堆叠结构石墨烯对C_2H_6O的吸附机制研究

为了研究石墨烯气敏传感器对C_2H_6O的吸附机制,建立了2种不同堆叠结构石墨烯纳米条带:单层扶手椅型石墨烯纳米条带(MAGNRs)和由扶手椅型石墨烯纳米条带(AGNRs)与锯齿形石墨烯纳米条带(ZGNRs)拼接形成的石墨烯纳米条带(AGNRs-ZGNRs)。将C_2H_6O分别吸附在MAGNRs及AGNRs-ZGNRs结构的表面,采用密度泛函理论第一性原理方法,通过计算吸附能、电荷转移和灵敏度,对不同堆叠结构石墨烯及3种含氧官能团(羟基,环氧基,羧基)修饰结构对C_2H_6O的吸附性能进行理论分析和实验验证。结果表明:纯AGNRs-ZGNRs结构对C_2H_6O的吸附能和电荷转移的绝对值比纯MGANRs结构的大,吸附距离也小,说明纯AGNRs-ZGNRs结构对C_2H_6O的吸附性能更好;含氧官能团的修饰使得MAGNRs结构与纯MAGNRs结构相比对C_2H_6O的吸附性能显著提升,其中羟基的修饰效果最好;含氧官能团的修饰使得AGNRs-ZGNRs结构与纯AGNRs-ZGNRs结构相比对C_2H_6O的吸附能变化甚微,不仅没有提高对C_2H_6O的吸附性能,反而有所降低。综合比较,采用羟基修饰的MAGNRs结构,吸附能的绝对值最大,为-1.12eV,吸附距离最小,为0.328nm,该结构更有利于实现对C_2H_6O的检测。     

含硫(氮)二茂铁衍生物的合成与表征

正戊醛、异戊醛、对氯苯甲醛、胡椒醛、环已酮与二茂铁在浓H_2SO_4(-10℃)中缩合,产物用碳酸氢钠水溶液水解,水解产物在F_3CCO_2H催化下发生巯基化反应,合成了五种含硫二茂铁衍生物,(C_5H_5)Fe(C_5H_4CR′R~2SCH_2CO_2H)(I,R′=H,R~2=n-C_4H_9;Ⅱ,R′=H,R~2=i-C_4H_9;Ⅲ,R′=H,R~2=C_6H_4Cl-4;Ⅳ,R′=H,R~2=C_6H_3O_2CH_2-3.4;V,R′R~2=-(CH_2)-_5);再由Ⅲ和V与氨和羟胺反应,合成两种含氮二茂铁化合物,(C_5H_5)Fe(C_5H_4CH(NH_2)(C_6H_4Cl-4))(Ⅵ)和(C_5H_5)Fe(C_5H_4C(NH)H)(CH_2)_5)(Ⅶ)。     

碳氟醇对十烷基硫酸钠水溶液的表面活性及反离子结合度的影响

通过用滴体积法测定溶液的表面张力,用电导法测定溶液的电导串来研究C_3F_7CH_2OH与C_(10)H_(21)SO_4Na混合水溶液的物理化学性质。结果表明:C_3F_7CH_2OH或NaCl的加入都能增加C_(10)H_(21)SO_4Na溶液的表面活性,两种方法测得的胶团反离子结合度规律一致,即随着C_3F_7CH_2OH量增加而增加,与C_6H_(13)OH情况不同。     

镍催化剂硫中毒的研究

本文研究了CO、H_2S和C_4H_4S在Ni/γ-Al_2O_3上的化学吸附过程。实验证明,用CO在-72℃的化学吸附测定催化剂的金属表面积,是一个可行的方法。CO不吸附在被毒物掩盖的表面上。S复盖度在0.4以下,毒物S对CO在未复盖的镍表面上的吸附没有影响;复盖度超过0.4.随着复盖度增加,S明显地阻碍CO的吸附。10Vpm~(?)H_2S在H_2中的混合气体,在300—500℃下,经过约20小时的化学吸附,形成饱和吸附层,S与表面Ni原子比例为0.53,0.1%(V/V)C_4H_4S在H_2中的混合气体,在20℃经过约20小时的吸附,形成饱和吸附层。表面Ni原子与C_4H_4S分子比例为4.95。噻吩以非解离方式占据着4.95个表面Ni中心。中毒催化剂在600℃,H_2气流下经过约50小时,可以完全再生。     

基于SD_Toolbox和Cantera的气体C-J爆轰参数计算及规律分析

为研究混合气体爆轰问题,通过利用冲击爆轰专业计算工具箱SD_Toolbox和开源的化学反应动力学计算代码Cantera研究了气体C-J爆轰参数计算方法与规律。结果表明:将SD_Toolbox和Cantera耦合可以进行混合气体爆轰问题的C-J爆轰参数计算;以H_2/O_2、CH4/O_2和C_2H_2/O_2三种不同的混合气体组分为例,在化学反应比初始条件下,分别计算了其C-J爆轰参数;通过与文献中结果的比较,验证了计算的准确性。可见,基于SD_Toolbox和Cantera可以进行气体C-J爆轰参数规律分析,包括初始温度、初始压力和爆炸气体浓度对爆轰产物压力、密度、温度和爆轰波速的影响规律等。