苯/水在不同MOFs结构材料上的竞争吸附性能研究

通过溶剂热法合成了4种不同骨架性质的金属-有机框架(Metal-Organic Frameworks, MOFs)MIL-101,MIL-Z1,A520和Zr-Fuma,表征了其物化性质和结构，结合静态吸附、动态吸附测试研究了苯、水在MOFs上的吸附行为.结果表明，MIL-101的高比表面积是其具有最高苯饱和吸附量的关键因素；根据理想吸附溶液理论(Ideal Adsorbed Solution Theory, IAST),具有配位饱和结构、弱极性的MIL-101,MIL-Z1,A520对苯/水表现出良好的竞争吸附选择性，其中超微孔A520的选择性高达12.7,具有最佳低浓度苯的捕获能力；动力学拟合显示苯吸附主要符合准一级动力学，为物理吸附，水的吸附符合准二级动力学，以化学吸附为主，但缺陷位的存在使得Zr-Fuma对苯吸附以化学吸附为主；苯和水对MOFs再生能力的影响不同，水对再生性的影响更大.     

功能化金属有机骨架材料中CO2/N2吸附分离的理论研究

金属有机骨架材料作为高比表面积、高孔隙率以及孔径尺寸可调的多孔材料,是一种极具潜力的CO₂物理吸附剂。本文构建了-H、-F、-Cl、-NH2官能团功能化修饰的金属有机骨架kgm-1结构,通过巨正则蒙特卡罗模拟方法研究了不同压强下功能化修饰的金属有机骨架中CO₂/N2吸附与分离行为,结果发现:CO₂和N₂的吸附量随着压强的升高而增加,功能化修饰对CO₂吸附量的影响明显大于对N2吸附量的影响。在kgm-1-H、kgm-1-F、kgm-1-Cl、kgm-1-NH₂四种构型中,-F修饰可以显著提高kgm-1的CO₂吸附量,并提高CO₂/N2的选择吸附比;功能化修饰后的选择性顺序遵循kgm-1-F> kgm-1-H> kgm-1-Cl>kgm-1-NH₂。通过气体分子-骨架间的相互作用力分析发现,骨架材料吸附气体分子主要是依靠骨架-气体分子间范德华力,极性官能团的引入明显提高了气体分...     

CO2在H-STI分子筛中吸附的分子模拟研究

采用巨正则蒙特卡罗方法(GCMC)研究了CO2分子在H-STI分子筛中的吸附.计算得到的吸附热和实验温度下吸附等温曲线与实验结果吻合较好.在此基础上,进一步预测了CO2分子在H-STI分子筛中的吸附性质.     

用热分析法研究活性硅胶的吸附特性

本文采用差热分析(DTA),热重分析测量法(TGA)研究了活性硅胶对甲醇、乙醇、丙烯酸、乙酸、正丁醇、苯酚、氨水,水以及乙烯和二氧化碳气体的吸附特性,并定量地计算了吸附量和吸附热的大小。通过DTA与TGA的实验与计算,从而表明:活性硅胶的吸附量,一般随有机物吸附质的分子量增加而趋于减少,而极性分子的吸附量大于非极性分子,含不饱和键的有机物分子的吸附量大于含饱和键的有机物分子;同时还初步探讨了活性硅胶的吸附特性与吸附质分子结构的关系。     

水对无烟煤吸附CH4和CO2影响机理探究

为探究水分对无烟煤吸附CH4和CO2分子的微观机理,采用材料实验室(Materials Studio)和巨正则系综蒙特卡洛方法,模拟了不同含水质量分数、不同压力下无烟煤对CH4、CO2和H2O (g)的吸附行为.从吸附量、能量角度分析H2O对无烟煤吸附CH4和CO2的影响机制.研究结果表明:3种气体分子的饱和吸附量大小...     

CO2和CO分子在五边形石墨烯表面的吸附行为

五边形石墨烯具有多种优秀的特性,其较大的比表面积和非直接带隙可能有利于气体分子的吸附. 本文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,逐步研究了两种常见的气体分子CO₂和CO在五边形石墨烯表面的吸附行为. 根据五边形石墨烯的结构特点,以及CO₂和CO的分子形态,CO₂总共有四种吸附方式,而CO则有六种吸附方式. 通过计算吸附能、电荷转移、吸附距离、能带间隙、电荷密度和态密度、分波态密度等指标,探究这两种气体分子不同方式的吸附情况. 结果显示,气体分子的不同吸附方式对吸附行为有明显的影响. 而且在同种情况下,CO普遍比CO₂分子有更好地吸附效果. 但由于气体分子与基底之间未能形成化学键,CO₂和CO在五边形石墨烯表面的吸附是比较弱的物理吸附.     

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。     

第一类热滞蛋白HPLC-6热滞活性的研究

应用二维刚性粒子流体模型计算了第一类热滞蛋白溶液中HPLC-6分子在冰晶表面吸附的覆盖度,得到了覆盖度与溶液浓度的关系.应用拉普拉斯方程计算了由冰晶表面吸附的HPLC-6分子影响使冰晶表面曲率发生变化而产生的附加压强,并根据一级Gibbs-Thomson方程得到了相应浓度下由此附加压强造成的热滞温度,理论计算结果与实验结果符合较好.     

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。     

沸石-水的吸附特性及其制冷/热泵性能分析

本文根据吸附理论,利用朗格缪尔模型和巴兰尼吸附位能理论模型对沸石13X-水的实测平衡数据进行等温吸附曲线拟合。计算出沸石13X对水的单层分子吸附能力以及等量吸附热。以朗格缪尔模型为基础,利用计算机绘制出沸石13X-水吸附对的lgp-1/T图。该图用以对吸附制冷或热泵过程进行热力分析,揭示出工作条件对吸附系统循环特性的影响,为吸附制冷系统的设计提供理论依据。     

甲烷在石墨烯与活性炭上的吸附平衡

］为研制ANG新型碳基吸附剂,分别选用比表面积为2074 m2·g-1的椰壳活性炭SAC-02和345 m2·g-1的石墨烯,在温度区间263~313 K、压力范围0~6 MPa,依据容积法的原理测试了甲烷在其上的吸附平衡数据,并由吸附等温线和等量吸附热的比较,分析了甲烷在两吸附剂上吸附平衡.结果表明:甲烷在活性炭上的过剩吸附等温线为典型的Ⅰ型,而石墨烯上在压力2 MPa以下为Ⅰ型,2~6 MPa之间吸附量与压力接近线性关系.在273 K和6 MPa时,甲烷在石墨烯上吸附量为4.6 mmol·g-1,活性炭的吸附量为11.2 mmol·g-1;甲烷在石墨烯和活性炭上的等量吸附热分别为14.32 kJ·mol-1~2.66 kJ·mol-1和13.99 kJ·mol-1~17.57 kJ·mol-1,石墨烯表面对甲烷分子作用能强     

低温环境下煤表面吸附的均匀性试验

 等量吸附热是表征固体表面吸附非均匀性的重要参数.采用高低温吸附仿真实验装置,对九里山无烟煤、新元贫煤、潘北气肥煤进行瓦斯吸附测试,通过计算等量吸附热与吸附量的关系,探讨从常温(30、20℃)降至低温(-10、-20、-30℃)对煤表面不均匀性的影响.结果表明,不同变质程度煤的瓦斯吸附量都随温度降低而增大;在常温时(30、20℃)煤的等量吸附热随吸附量的增大而减小,表明煤表面能量是不均匀的.降温至-10、-20、-30℃时煤的等量吸附热几乎和吸附量无关,表明煤表面是均匀的.煤吸附瓦斯理论Langmuir 方程在低温环境(0℃以下)更加适用.     

Thermodynamic analysis of adsorption process at a non-equilibrium steady state

By using the non-equilibrium thermodynamic approach, the possibility of the existence of a steady state for non-equilibrium ad-sorption with a temperature difference between body gas and adsorbed gas was confirmed and the steady state was determined. The chemical potential difference between body gas and adsorbed gas was obtained and equations for evaluating the adsorption entropy and the isosteric heat of adsorption were derived. The changes of the adsorption entropy and the isosteric heat of adsorption at the non-equilibrium steady state relative to those at the equilibrium state were calculated and the results were compared with those obtained using the traditional equilibrium thermodynamic method. The comparison suggests that the changes of the adsorption entropy and the isosteric heat of adsorption obtained using the non-equilibrium thermodynamic approach are related with not only temperature but also adsorptive state, while those obtained using the equilibrium thermodynamic method are only a function of temperature. The main reason is that the present study treats the adsorption and gas temperature change as an integrated process and considers their interaction, whereas the equilibrium thermodynamic approach separates the adsorption and gas temperature change as two independent processes and neglects their interaction.     

基于SiC和BC5的多孔材料设计及储氢性能研究

基于金刚石结构的SiC晶体和类似金刚石结构的BC5晶体设计了多孔材料,并用分子力学方法对其进行优化得到平衡态结构.利用GCMC对其在温度为298 K和77 K,压强为0-100 bar的条件下的储氢量、氢分子密度分布和等量吸附热进行了讨论.考虑孔内壁以化学吸附的氢在内,基于SiC晶体设计的多孔材料储氢量比Si C纳米管的结果更理想.氢分子密度分布图表明氢分子在孔道中的分布距孔道边缘有一定的距离,此距离与氢分子动力学直径2.89A相当.等量吸附热表明材料在温度为298 K和77 K对氢分子的吸附都是物理吸附.     

氨在活性炭-膨胀石墨混合吸附剂上的吸附平衡分析

为研制氨吸附制冷用活性炭-膨胀石墨的混合吸附剂,选用椰壳活性炭和可膨胀石墨,初步分析了氨在膨胀石墨添加比率为50%的混合吸附剂上的吸附平衡．吸附剂试样首先经由77 K液氮在其上吸附数据的结构表征,然后应用根据容积法原理建立的吸附平衡测试装置,在温度293.15~303.15 K、压力0~1 MPa,测试了氨在试样上的吸附平衡数据,并通过等量吸附线标绘和Dubinin-Astakhov方程的模型分析,研究了氨在混合吸附剂上的吸附平衡．结果表明,添加膨胀石墨减小了混合吸附剂的比表面积和微孔容积,Dubinin-Astakhov方程在平衡压力较高区域的预测精度可达到4%,氨在混合吸附剂上的等量吸附热为16.94～27.78 kJ/mol．添加膨胀石墨必须兼顾混合吸附剂的吸附容量和传热传质性能．     

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.     

泄漏原油沿河岸滞留行为

为研究输油管道泄漏事故发生后,河面漂浮原油在河岸的滞留行为与影响因素,通过河流动态模拟试验,设置流速、岸型、植被种类及覆盖量等变量,研究不同工况下河岸砂土吸附量与总滞留量的变化规律。结果表明:河岸砂土的吸附量及滞留量会随水面流速增大而增大;柔性植物河岸相对于刚性植物河岸与无植物河岸更易滞留原油,滞留量约为刚性植物河岸的2.87~6.19倍,无植物河岸的4.37~10.01倍;植被覆盖量增大会使河岸滞留量增大,但会减小刚性植物河岸吸附量,增加柔性植物河岸吸附量;岸型不同会导致水流状态不同,对原油登陆河岸会有较特殊的作用。     

正己烷在CaCO3(100)面吸附的第一性原理研究

致密油在储层多孔介质中的吸附研究多以定量的实验研究为主,定性的机理研究较少。以正己烷为对象,从原子分子层面定性研究其在碳酸钙表面的吸附能力,为解释致密油在储层岩石基质上的吸附性提供了有力依据。采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了C_6H_(14)分子在CaCO_3(100)面的吸附能,对比分析了吸附前后的物理结构和电子态密度。结果表明:C_6H_(14)分子在B11位吸附最稳定,吸附能为-0.782 4 eV,吸附后键长键角变化率均小于1%,是一种弱化学吸附。不同吸附位的能量差值很小,仅为0.017 8 e V,C_6H_(14)分子容易在CaCO_3表面发生稳定流动。吸附后,C_6H_(14)分子的电子态密度向低能量区域整体偏移约3.1 e V,而CaCO_3(100)面的电子态密度曲线基本重合,吸附作用对C_6H_(14)分子的电子结构影响显著,对CaCO_3(100)面电子结构影响甚微。     

2酰胺基树脂的合成及其对茶多酚的吸附热力学

用大孔交联氯甲基化聚苯乙烯分别与己内酰胺和尿素发生功能基化反应,合成大孔交联聚（N-对乙烯基苄基己内酰胺）和大孔交联聚（N-对乙烯基苄基脲）2种树脂.通过静态吸附试验,测定了这2种酰胺基树脂对水溶液中茶多酚的吸附等温线,发现所有的吸附等温线都符合Freundlich吸附等温方程.结果表明：聚（N-对乙烯基苄基脲）对水溶液中茶多酚的吸附亲和性相对聚（N-对乙烯基苄基己内酰胺）更大.根据热力学函数关系计算等量吸附焓、Gibbs吸附自由能和吸附熵,表明2种酰胺基树脂对水溶液中茶多酚的吸附均为吸热、熵增的物理吸附过程;同时,聚（N-对乙烯基苄基脲）对水溶液中茶多酚的吸附相对聚（N-对乙烯基苄基己内酰胺）有更低的吸附自由能变,较高的吸附焓变和熵变.