超臨界CO-,2-及其混合物在多孔SiO-,2-中的分子模擬研究.pdf

1、目前，分子模擬技術(shù)在許多領(lǐng)域起著越來(lái)越重要的作用，如化學(xué)工程，材料工程，生物和醫(yī)藥等領(lǐng)域。它可以獲得研究體系的微觀結(jié)構(gòu)、宏觀熱力學(xué)性質(zhì)及傳遞性質(zhì)，為流體在多孔材料中的吸附和擴(kuò)散提供理論依據(jù)。本文的目的是采用分子動(dòng)力學(xué)（MD）和巨正則蒙特卡洛（GCMC）模擬方法研究流體在孔中的性質(zhì)。本論文的主要研究?jī)?nèi)容如下： 1．采用巨正則蒙特卡羅（GCMC）和分子動(dòng)力學(xué)（MD）模擬方法研究了純組分CO2、苯以及苯/CO2混合物在全硅沸石（Sil

2、icalite）中的吸附平衡和動(dòng)力學(xué)擴(kuò)散性質(zhì)。首先基于GCMC模擬從吸附等溫線，吸附熱，吸附位置，相互作用能等方面詳細(xì)研究了純組分CO2在全硅沸石Silicalite上的吸附性質(zhì)，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較。此外，分別考察了不同壓力，溫度以及組成對(duì)苯/CO2混合物在Silicalite中吸附性質(zhì)的影響。通過(guò)對(duì)吸附位置的統(tǒng)計(jì)表明，苯分子優(yōu)先選擇空間較大的通道交叉部分吸附。模擬結(jié)果表明超臨界CO2（SC-CO2）可以用于脫附Silicalite

3、沸石中的苯分子。此外，對(duì)純CO2以及苯/CO2混合物在沸石中的擴(kuò)散性質(zhì)的動(dòng)力學(xué)（MD）模擬研究，表明共存的苯分子對(duì)CO2分子的擴(kuò)散有很大阻礙作用，并且苯分子在沸石孔中幾乎是不動(dòng)的。 2．采用分子動(dòng)力學(xué)模擬（MD）方法模擬研究了無(wú)定形二氧化硅的結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)。模擬過(guò)程首先采用熔融-淬火的方法進(jìn)行，模擬得到的無(wú)定形二氧化硅結(jié)構(gòu)的徑向分布函數(shù)以及取向分布與文獻(xiàn)一致的。然后，采用高溫退火柔性化得到表面，該表面非橋氧（nb-O）濃度與文獻(xiàn)

4、模擬結(jié)果以及干氧氧化實(shí)驗(yàn)得到的表面是一致的。 3．采用巨正則蒙特卡羅（GCMC）模擬，研究了無(wú)定形SiO2表面及狹縫對(duì)簡(jiǎn)單Lennard-Jones流體行為的影響。同時(shí)為了了解表面曲率和原子對(duì)吸附性質(zhì)的影響，本文也模擬了流體在富氧的方石英（β-cristobalite）晶體表面形成的狹縫中的行為。我們采用球形Lennard-Jones CO2作為測(cè)試分子。在模擬中，考察了不同溫度、縫寬、表面結(jié)構(gòu)和性質(zhì)對(duì)吸附性能的影響。研究的溫度

5、包括：T*=1.025、T*=1.501、T*=1.629；孔寬包括：10?、30?、50?。同時(shí)也統(tǒng)計(jì)得到了吸附/脫附等溫線，密度分布，平均相互作用能，表面結(jié)構(gòu)和最小勢(shì)能分布。結(jié)果表明，迂回滯后線出現(xiàn)在低溫（T*=1.025），較寬的狹縫孔中；表面密度分布和能量分布是一致的。對(duì)比密度分布，能量分布，表面結(jié)構(gòu)圖發(fā)現(xiàn)密度較小，能量較大的位置對(duì)應(yīng)于無(wú)定形二氧化硅表面上氧原子特別是非橋氧的位置。 最后，為了了解受限流體的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，我們