有机/无机复合材料吸附分离CO2的模拟研究

从烟道气中分离二氧化碳对于降低大气温室效应具有极其重要的意义。构造了由聚合物6FDA-1,5-NDA和多孔性二氧化硅组成的有机/无机复合材料吸附剂模型,并用GCMC方法模拟了烟道气[n（CO2）：n（N2）=15：85]在该材料中的吸附行为。结果表明,这种复合材料吸附剂对CO2的吸附量和选择性随着聚合物含量的增加而增加。在相对较低的温度下,复合材料吸附剂对CO2的选择性随压力的升高而缓慢下降,并趋向于一个平衡值;在高温下,吸附剂对CO2的选择性基本不随压力变化。在一定的吸附压力下,CO2和N2的吸附量均随温度的升高而快速下降,但CO2吸附量下降幅度比N2快,导致吸附剂对CO2的吸附选择性随温度的升高而下降。     

丙烯/丙烷在分子筛上吸附热力学的Monte Carlo模拟

运用Monte Carlo方法,模拟了300 K、101 kPa条件下丙烯(C₃H₆)和丙烷(C₃H₈)单组分以及二元混合组分气体在DD3R、ITQ-32、Si-CHA、Si-SAS、ITQ-12和ITQ-3共6种纯硅分子筛上的吸附过程。Si-CHA和Si-SAS分子筛对C₃H₆和C₃H₈单组分气体的吸附量较大。6种分子筛在300 K时的吸附等温线均属于Ⅰ类Dubinin-Radushkevich(D-R)型,揭示了吸附质在微孔内发生体积填充的过程,Si-SAS分子筛对C₃H₆的吸附量随温度升高而降低。Si-SAS分子筛对C₃H₆/C₃H₈二元混合物的C₃H₆吸附量为2.26 mmol/g,选择性为3.94,是分离二者的最佳吸附剂,进一步发...     

活性炭对CO和CO2的吸附行为研究

采用重量吸附法,研究了空白活性炭A、经有机胺改性的活性炭C和经氢氧化钾与有机胺混合溶液改性得到的活性炭D在绝对温度303,313,323K下分别对单组分气体CO和CO2气体的等温吸附行为。等温吸附模型优选的结果表明:Freundlich方程是描述活性炭吸附CO气体的最佳模型方程;而Langmuir方程、D-R方程可以较好地模拟活性炭样品A在303,313,323 K下对CO2的等温吸附,Freundlich方程则能较好地模拟样品C和D在313 K下的等温吸附。CO和CO2在活性炭A上的等量吸附热均随吸附量的增加而降低。相同吸附压力下,CO2的吸附量高于CO。改性活性炭C和D上CO2的吸附量明显高于空白活性炭A;而活性炭的比表面积和微孔容积与吸附量的变化没有直接相关性。     

MCM-22型分子筛中纯的和混合的轻烃的吸附行为的Monte Carlo模拟研究

用巨正则MonteCarlo方法模拟了轻烃(甲烷、乙烷和丙烷)及其混合物在MCM-22中的吸附。模拟中，采用全原子力场模型和CVFF力场参数得到了甲烷、乙烷和丙烷的纯组分的吸附等温线。考察了轻烃的二元混合物的选择性吸附，结果表明，甲烷-丙烷体系最易采用吸附分离，其选择性高达270，而乙烷-丙烷体系吸附分离难度较大。甲烷-乙烷体系选择性的结果与理想吸附理论预测的结果吻合较好。同时还计算了三种纯组分的吸附热，以及三种混合体系中各个组分的吸附热。甲烷和丙烷吸附热相差较大，而乙烷和丙烷吸附热相差较小。以上结果均是由于丙烷与MCM-22作用最强而甲烷与其作用最弱产生。     

H2在催化剂上的吸附行为

研究了氢气在金属体Ni(111)表面的top,bridge,hcp,fcc这4个不同位置吸附能以及4个吸附位中H原子距离下层Ni原子层的垂直距离,可知hcp和fcc这2种空洞位的吸附要稳定些,bridge吸附位是非常不稳定的,容易走向hcp位吸附.各吸附位的吸附能分别是E_ad-top=－11.622 kJ·mol^-1,E_ad-bridge=－12.036 kJ·mol^-1,E_ad-hcp=－12.047 kJ·mol^-1,E_ad-fcc=－12.078 kJ·mol^-1,表明H₂在表面Ni(111)的4种吸附属于化学吸附.表面Pt(111),Rh(111),Ru(111)对具有H₂相似的吸附行为有待进一步的研究.     

星形高分子在油水界面吸附的动态Monte Carlo模拟

用动态M onte Carlo方法,模拟了星形高分子在油水界面的吸附过程,得到了星形高分子在油水界面吸附过程中的一些动态和静态性质,如界面上吸附的高分子数、界面膜厚度、油水界面张力以及体系达到平衡所需要的时间等。研究表明:星形高分子在界面上吸附的数目由其结构和在系统中的浓度决定;星形高分子形成的界面膜是不对称的,其厚度由分子结构和浓度共同决定;系统达到平衡所需要的时间不仅与分子的浓度有关,还与其结构有关;星形高分子的支链长度越长,表面活性越大;臂数越多,表面活性越小。     

椰壳活性炭低温变压吸附天然气中CO2/CH4实验

结合天然气液化储运过程中低温与常规变压吸附（PSA）工艺,提出低温变压吸附净化天然气工艺.用椰壳活性炭对CO₂和CH₄单组份气体进行静态吸附,以及CO₂/CH₄二元混合气体动态模拟吸附分离.利用静态体积法研究-30~25 ℃,1.2~2.5 MPa下CO2和0~4 MPa下CH₄在椰壳活性炭上的吸附行为,椰壳活性炭对两者的吸附量均随温度降低而增大.动态吸附分离实验压力为0.45,0.85,1.85 MPa,随温度或压力的降低,椰壳活性炭对CO₂/CH₄二元混合气体的分离因子不断增大,温度对其影响效果大于压力的影响,且在实验温度范围内CH₄的动态吸附量呈先增大后减小的变化趋势.研究表明,椰壳活性炭对天然气脱碳具有广阔的应用前景.     

C2H4-CO2在Co-丝光沸石上吸附分离研究

用重量法测定了C2H4和CO2在Co-丝光沸石上的吸附等温线和吸附扩散动力学曲线,并对吸附平衡等温线和扩散曲线模拟计算,拟合很好. 研究表明,在Co-丝光沸石上,C2H4 的平衡吸附量远大于CO2的;而C2H4的吸附扩散速率与CO2的接近. 因此利用平衡吸附原理,用Co-丝光沸石可将C2H4-CO2中的CO2吸附下来,得到100%的C2H4. 采用动态吸附法考察了吸附温度、流速、浸渍量以及活化温度对Co-丝光沸石吸附分离C2H 4-CO2的影响规律,分析得出吸附剂的最佳操作条件. 采用Co-丝光沸石来分离C2H 4-CO2,分离因数大,选择吸附的量也较大,床层利用率高,脱附较易.     

PI/TiO2纳米复合膜的H2/CH4和H2/N2分离性能

以可溶性聚酰亚胺为基质 ,经乙酸修饰后的钛酸丁酯为TiO2 溶胶前体 ,NMP为共溶剂 ,采用溶胶凝胶法可制得PI/TiO2 纳米复合膜。采用XPS、TEM和气体透气性能测试等手段 ,对复合膜的结构和H2 分离性能进行了表征。结果表明 ,复合膜中钛酸丁酯已转化为TiO2 ,PI与TiO2 两相结合完好。TiO2 以颗粒状均匀分布在PI基质中 ,其颗粒粒径约为 1 0nm。复合膜的H2 ,N2 和CH4 透气系数随着TiO2 含量的增加而明显增加。当TiO2 含量为2 2 3 %时 ,对H2 的透气系数为 1 4 .1Barrer,对H2 /N2 和H2 /CH4 的分离系数分别为 1 87.5和 1 4 3 .2 ,因此 ,该复合膜是一种较为理想的H2 分离和回收膜材料     

碳纳米管阵列储氢的物理吸附特性

采用巨正则蒙特卡罗方法,在室温、100大气压下对以方阵和三角方式排列的碳纳米管阵列的物理吸附储氢进行计算机模拟,发现氢分子可被吸附于碳纳米管阵列的管内和管外,管外的储氢密度普遍高于管内,方阵阵列优于三角阵列,并给出了相应的理论解释。     

单壁碳纳米管吸附甲烷的计算模拟

利用巨正则系综Monte Carlo(GCMC)方法模拟甲烷在单壁碳纳米管中的吸附。采用Lennard-Jones(LJ)势能公式计算流体分子之间的势能,分别使用Lennard-Jones(LJ)势能公式和积分法计算流体分子与碳原子之间的势能。模拟中,首先将流体分子与单壁碳纳米管之间势能的两种计算方法进行比较,结果表明由这两种方法计算的势能差别很小;其次模拟了参数分别为(15,15)、(20,20)、(25,25)和(30,30)的单壁碳纳米管的吸附等温线;然后基于有效储存率(usable capacity ratio,UCR)分析了(15,15)、(20,20)、(25,25)和(30,30)的单壁碳纳米管的吸附能力与压强的关系,并分析了单壁碳纳米管的直径对有效储存率的影响,得到了温度为300 K,一定压强下的最佳吸附性能的单壁碳纳米管参数。     

氢在碳纳米管中的存储与分布

采用巨正则蒙特卡罗方法对碳纳米管的储氢过程做了模拟,通过对锯齿管中大量氢气分子的研究,得到了氢在纳米管中的轴向和径向分布,并做了初步分析.     

2H-SiC体材料电子输运特性的EMC研究

目的　对2H SiC体材料的电子输运特性进行研究。方法　在最新能带结构计算的基础之上,采用非抛物性能带模型和多粒子蒙特卡罗(EnsembleMonteCarlo,EMC)方法。结果　计算表明:低场下,温度一定时,2H SiC纵向电子迁移率比4H SiC和6H SiC都高,横向迁移率则较为接近。296K时,由EMC方法得到的纵向电子饱和漂移速度为2.2×107cm/s,横向电子饱和漂移速度为2.0×107cm/s。当电场条件相同时,2H SiC同4H SiC以及6H SiC中的纵向电子平均能量相差较大。在阶跃电场强度为1000kV/cm时,其横向瞬态速度峰值可达到3.2×107cm/s,反应时间仅为百分之几皮秒量级。结论　可以被用来设计SiC器件和电路。     

化学势对模拟计算单壁碳纳米管储氢的影响

对计算化学势的Widom测试粒子方法进行了改进.采用改进后的Widom测试粒子方法和周期边界流体系统的压力算法,研究开放系统的化学势随压强的变化,给出了具体的函数关系,并证明了其正确性.在此基础上,通过巨正则蒙特卡罗模拟,仔细地分析了化学势对模拟计算单壁碳纳米管储氢的影响.计算结果表明,化学势的偏差对模拟计算单壁碳纳米管储氢有着非常显著的影响.     

狭缝孔内水煤气变换反应平衡的蒙特卡罗模拟

采用反应蒙特卡罗(RCMC)方法模拟了狭缝孔内水煤气变换反应的化学平衡。模拟中,CO和H₂描述成球形LJ分子,H₂O和CO₂的分子势能分别采用TIP4P和EPM2模型计算。孔壁分子与L J点位之间的相互作用采用Steele的10-4-3模型计算。采用经典热力学方法得到主体相的平衡组成,并与RCMC的计算结果比较。两者的一致表明可以通过RCMC方法来计算预测狭缝孔内的化学平衡组成。进一步探讨了压力、温度、孔宽以及进料气摩尔组成等因素对孔内化学平衡的影响。计算表明,尽管孔内H₂摩尔分数低于主体相,但是在压力为1MPa、温度723.15K、孔宽H=3.652nm和进料水汽比n(H2O)∶n(CO)=1∶1条件下,可以得到较大的孔内H₂产量。     

碳纳米管物理吸附储氢的势能效应与空间效应

采用巨正则蒙特卡罗方法模拟氢分子在碳纳米管及其阵列中的存储过程。通过定量分析计算结果,指出碳纳米管储氢的物理吸附机制,可用势能效应和空间效应描述。势能效应源于碳氢和氢氢之间的相互作用,空间效应则来自碳纳米管及其阵列的中空结构。利用两种效应的最佳组合,可获得理想的储氢效果。     

AFS和AST 沸石储氢特性的计算机模拟研究

储氢特性的模拟可以加深对现有储氢系统的认识,促进新材料的设计,并预测新材料的性能;模拟可以提供定量数据,作为一些困难及昂贵实验的替代选择.采用巨正则蒙特卡罗方法模拟了氢气在沸石中的吸附行为,并采用SAITOFOLEY微孔分析方法,分析了沸石结构对储氢量大小的影响,总结了影响储氢量大小的物理因素.     

碳纳米管阵列储氢的分子动力学模拟

采用分子动力学方法,模拟了常温和不同压强下,氢在不同管径和管间距的单壁碳纳米管阵列(SWCNTA—S ingle-walled Carbon Nanotube Arrays)中的物理吸附过程.重点研究了压强、管径和管间距对SWCNTA(管内和管间隙)物理吸附储氢的影响.发现氢分子主要储存在SWCNTA的管壁附近,适当地增大管径和管间距可有效增加SWCNTA的物理吸附储氢量,使其在常温下具有较高的储氢能力,并给出了相应的理论解释.计算结果表明,在常温和中等压强下,SWCNTA的物理吸附总储氢量(重量百分比)可达4.2%,从而为同等条件下SWCNTA具有较高储氢能力的实验结果提供了直接的理论支持.