分子模擬噻吩及碳氫化合物在沸石中的吸附.pdf

1、噻吩及碳氫化合物在多孔沸石材料中的吸附行為對于吸附分離和催化工藝的研究是一個重要的科學(xué)主題。例如采用合成沸石從汽油體系(碳氫混合體系)中選擇性的分離噻吩及其衍生物等。但是以實驗的方法測量噻吩和碳氫化合物在沸石中的吸附是極為困難的，并且關(guān)于這類體系的實驗數(shù)據(jù)非常缺乏，因此以分子模擬方法對此體系的研究有著重要的意義。
　　 本文采用分子模擬方法對噻吩以及碳氫化合物分子在不同結(jié)構(gòu)沸石中的吸附、擴散、吸附熱以及分布進行了研究。采用能量偏

2、倚巨正則蒙特卡羅方法(GCMC)計算得到噻吩在全硅MFI沸石中的吸附量與高硅鋁比MFI型沸石的實驗數(shù)據(jù)一致。通過對噻吩在MFI沸石不同孔道中分布研究表明噻吩分子更優(yōu)先定位于沸石直孔道和‘之’形孔道的交叉處。而對于MOR沸石，噻吩分子都定位于12元環(huán)孔道，在其它的孔道都沒有噻吩分子分布。
　　 采用GCMC研究了噻吩、苯和正己烷的二、三元體系在沸石中的分離和分布。研究結(jié)果表明，對于噻吩/苯二元體系，由于兩種分子都優(yōu)先定位于MFI孔

3、道的交叉孔道，因此吸附分子的分布服從競爭模式類別。在此種情況下，由于噻吩分子在交叉處吸附作用更強，將苯分子推離交叉孔道。而對于在MOR中的吸附，噻吩和苯分子沒有表現(xiàn)出明顯不同的優(yōu)先吸附位，符合Clark等提出的體積填充模型。對于噻吩/苯/正己烷三元體系，模擬結(jié)果表明正己烷在MFI沸石中的吸附量最大，而噻吩和苯分子在沸石中的吸附量都非常小，三元體系在MOR沸石中的吸附行為不同于MFI沸石，噻吩在MOR沸石中的吸附量最大，而正己烷和苯的吸附

4、量非常低。對于噻吩、苯和正己烷這三種尺寸較大的分子，只能位于MOR主孔道中，當(dāng)三元體系中存在著少量的正己烷分子時，就影響到苯的吸附，而正己烷對噻吩在MOR孔道中填充的影響要比苯小，噻吩的吸附量影響不大。
　　 研究噻吩和苯在框架外不同鈉離子含量的MFI和MOR沸石中的吸附表明，鈉離子在沸石中的定位和密度對噻吩和苯分子的吸附有重要的影響。通過對噻吩/苯混合物在這兩種不同結(jié)構(gòu)沸石中的選擇性研究表明框架外陽離子密度的增加堵塞了交叉孔道

5、，因此降低了MFI沸石對噻吩的選擇性。但是對于MOR沸石，由于其孔道相對較大，鈉離子密度的增加，對噻吩的選擇性影響不大。
　　 采用分子動力學(xué)方法研究了噻吩、苯在MFI沸石中的擴散性能。噻吩和苯分子在沸石中的擴散呈現(xiàn)出各向異性的特征。對于噻吩和苯單組分體系，隨著噻吩和苯的負載量的增加，自擴散系數(shù)都下降。而對于混合體系，當(dāng)總負載量保持恒定，增加噻吩負載量時，自擴散系數(shù)都下降，但是當(dāng)噻吩的負載量和苯的負載量都為4個分子/單胞時，自擴

6、散系數(shù)都增加。
　　 采用巨正則蒙特卡羅方法計算了噻吩和苯在全硅Y和NaY沸石中的吸附、吸附熱及在這兩種結(jié)構(gòu)沸石中的分布。采用能量偏倚算法計算了噻吩和苯的吸附等溫線。在不同的溫度下，計算得到的噻吩和苯的平衡吸附等溫線和吸附熱與實驗結(jié)果一致。在相同的壓力范圍內(nèi)，計算結(jié)果顯示噻吩和苯在NaY沸石中的吸附量要比在全硅Y中的吸附量要大。根據(jù)吸附熱的計算結(jié)果，表明NaY型沸石中鈉離子的存在明顯增強了噻吩、苯分子與沸石之間的作用。鈉離子的引