高盐溶液蒸发过程中的分子动力学模拟与研究

随着我国工业的快速发展,如何减量化处理工业排放的高盐废水已经成为了亟待解决的环境问题.在处理高盐废水的各种工艺中,热蒸发技术因具备脱盐效果好,灵活性好等特点得到了广泛应用.本文从微观角度出发,采用分子动力学模拟方法研究了LiCl、KCl、CaCl₂三种溶液在400 K和500 K两种温度加热条件下的蒸发过程,分析了Li⁺、K⁺、Ca²⁺,Cl^-四种盐离子对蒸发速率、水分子取向、氢键、溶液结构等性质的影响.研究结果表明温度的提升会对蒸发速率产生极大影响,温度的提高不会改变配位水化层的位置但会明显减少离子的配位水分子数,有利于提高活跃水分子的占比和蒸发速率.     

氯化铵水溶液的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法,使用Material Studio软件中的COMPASSⅡ力场,模拟了温度为298 K时质量分数分别为1%、5%、10%、20%及28%的氯化铵溶液中离子的动力学性质.发现随着浓度增加,水分子周围不再有明显的第二配位圈,NH_4~+和Cl~-配位数都减少,离子水化数、水化半径也随之减小.水分子中的H比NH_4~+中的H对N_((NH4))的影响作用要强的多.在氯化铵水溶液,NH_4~+中的N及H都是由周围水分子中的氧原子来靠近,而Cl~-则由周围水分子中的氢原子去靠近. NH_4~+及Cl~-的加入确实破坏了溶液中的氢键,但是NH_4~+与水分子间也生成了新的氢键,并且生成的数量大于被破坏的数量,但是氢键力却变弱了,这是之前研究当中没有人提过的现象.随着浓度增大,H_2O、NH_4~+及Cl~-的扩散系数逐渐降低,而降低幅度排序为NH_4~+ Cl~- H_2O.     

氯化铵水溶液的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法,使用Material Studio软件中的COMPASSⅡ力场,模拟了温度为298 K时质量分数分别为1%、5%、10%、20%及28%的氯化铵溶液中离子的动力学性质.发现随着浓度增加,水分子周围不再有明显的第二配位圈,NH_4~+和Cl~-配位数都减少,离子水化数、水化半径也随之减小.水分子中的H比NH_4~+中的H对N_((NH4))的影响作用要强的多.在氯化铵水溶液,NH_4~+中的N及H都是由周围水分子中的氧原子来靠近,而Cl~-则由周围水分子中的氢原子去靠近.NH_4~+及Cl-的加入确实破坏了溶液中的氢键,但是NH_4~+与水分子间也生成了新的氢键,并且生成的数量大于被破坏的数量,但是氢键力却变弱了,这是之前研究当中没有人提过的现象.随着浓度增大,H_2O、NH_4~+及Cl-的扩散系数逐渐降低,而降低幅度排序为NH_4~+ Cl~- H_2O.     

应用分子动力学模拟和拉曼光谱对钙、镁、氯离子 水化现象的研究

应用分子动力学方法,模拟了298 K下,密度为1.0 g/cm~3的水溶液中Ca²⁺,Mg²⁺,Cl~-的水化现象,得到了相应离子周围水分子的微观分布情况.发现在钙离子周围,水分子以其氧离子去靠近中心离子;而在氯离子周围,水分子则以其中的一个氢原子去靠近中心离子.通过分析三种离子的径向分布函数、配位数曲线、水化数、水化半径,发现Ca²⁺的水化数和水化半径均大于Mg²⁺,即Ca²⁺的水合能力比Mg²⁺强.与以往研究结果相比,本文计算所得的自扩散系数更接近实验所得结果.为了使模型更好的代表真实水溶液体系,本文还应用分子动力学和拉曼光谱法研究了不同浓度的CaCl₂水溶液.分子动力学研究发现随着浓度的升高,CaCl₂溶液中Ca²⁺,Cl~-的配位数分别呈降低趋势.同时,随着浓度的升高,Ca²⁺,Cl~-的自扩散系数也呈现降低的趋势.作者推断这是由于浓度的升高,加剧了离子的微观反...     

CH4水合物生长速率影响因素的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟，研究了温度、压力和电解质溶液对CH4水合物生长速率的影响.通过分析势能、均方位移、氢键数量、径向分布函数和四体结构有序参数，表征了CH4水合物的生长动力学.模拟结果表明，降低温度和提高压力可以显著提高CH4水合物的生长速率.当压力恒为15MPa，温度高于290K时，势能升高，CH4水合物晶体发生分解；温度由290K降至260K时，势能降低，CH4水合物持续生长.当温度恒为275K，压力由3MPa增至50MPa时，CH4水合物生长速率提高12%.此外，电解质离子的存在抑制了水合物的生长，电解质溶液浓度由1.5wt%增加到3.5wt%时, CH4水合物生长速率降低25%.     

KDP晶体固-液界面吸附行为的分子模拟研究

通过构建晶体表面-KDP分子界面吸附结构模型, 采用分子动力学和密度泛函计算方法研究KDP分子在(001)和(010)面吸附的物理化学过程, 考察了温度对物理吸附行为的影响. 研究表明: KDP晶体表面的吸附过程和生长习性主要由化学吸附主导, 化学吸附能的计算表明[K-O₈]基元在(001)界面的结合能是(010)界面结合能的2.86倍; 在饱和温度附近, [H₂PO₄]^-阴离子在KDP界面的物理结合能随温度的变化呈现振荡特征, 溶液中有较多的离子团簇形成, 溶液变得很不稳定; 当温度从323 K降低至308 K时, 水分子在界面的结合能总体呈下降趋势, 而KDP分子在界面的吸附能总体呈上升趋势, 脱水过程是水分子和[H₂PO₄]^-阴离子在固液界面边界层竞争吸附的结果. 研究结果对确足晶体生长界面动力学过程发展和完善晶体生长理论有重要意义. 关键词： 分子动力学 双层结构模型 结合能     

KxCoO2·yH2O(x《0.2,y≤0.8)的晶体结构、输运及磁学性质

利用熔融KOH和Co3O4在较低温度(480℃)下反应制备出K0.36CoO2,然后用高锰酸钾溶液和饱和的过硫酸钾溶液进行氧化处理.氧化的同时伴随有水分子嵌入.K0.36CoO2用高锰酸钾和过硫酸钾溶液处理后分别得到K0.12CoO2·0.8H2O和K0.16CO2·0.6H2O.这两种化合物都属于六角晶系,表现出金属行为,脱水后主相变为正交结构并且呈现出半导体特性.K0.16CoO2·0.6H2O在56K附近可能存在自旋玻璃转变行为或其他涨落.随着钾含量的减少和水含量的增多,样品的自旋玻璃行为受到抑制或发生磁性相分离.样品K0.12CoO2·0.8H2O在零场冷却和有场冷却曲线上的分叉现象基本上消失.还讨论了产生KxCoO2与NaxCoO2体系结构和物性差别的原因.     

液氧储箱停放阶段蒸发率研究

针对低温液氧充注完成后储箱短期处于过热状态,采用三维模型数值模拟了在地面常压和闭口停放时段里储箱内蒸发速率和温度分层变化特征,对253K、273K、313K三种环境温度对液氧蒸发速率和温度分布的影响规律进行了分析。根据模拟结果可知,受到初始过热度的影响,开口停放结束后三种环境工况下储箱温度最低位置均出现在相界面处,253K、273K、313K环境温度下液氧平均消耗率分别为0.99%/h、1.03%/h、1.28%/h;当排气阀关闭后,三种环境工况下,储箱内液氧温度分布呈现从相界面至储箱底部不断降低趋势,环境温度越高,温度分层越明显;253K、273K、313K工况下相界面液氧蒸发速率在闭口停放后期分别为0.014g/s、0.039g/s、0.058g/s。     

微波促进含铬废渣催化H2O2降解甲基橙溶液研究

偶氮染料废水中含有铬等重金属和偶氮类难降解有机物,使废水的色度大、可生物降解性低,从而形成了难处理的复合污染废水.文章研究了微波辐射下铬渣催化氧化降解甲基橙溶液中COD去除率和脱色率,探索了微波功率、微波辐射时间、pH值、铬渣用量、H2O2浓度、甲基橙浓度等对降解性能的影响,并测定了甲基橙溶液处理前后的紫外-可见光谱图.微波促进铬渣催化甲基橙溶液脱色是羟基自由基破坏偶氮键结构.有机废水中的某些过渡金属离子可作为高级氧化技术处理有机污染物降解中的催化剂,可减少化学处理药剂的使用量,降低复合污染废水的处理成本.铬渣中溶解性铬离子与H2O2形成类Fenton体系,产生羟基自由基(·OH)矿化甲基橙.利用微波加热的热效应和非热效应,能大大促进有机物的矿化速率.微波辐射能提高催化过程中H2O2的利用效率,减少氧化剂的使用量.酸性条件有利于类Fenton试剂产生羟基自由基.在微波频率2 450 MHz、微波功率700 W、微波辐射时间3 min、pH值为3、铬与H2O2的摩尔浓度比为1:56.8的实验条件下,降解1 000 mg·L-1的甲基橙溶液,其脱色率和COD去除率分别达到88%和85%.     

利用X射线近边吸收谱学方法研究蒙脱石在高温下吸附汞金属的行为

测量了分别用汞水溶液、汞和半胱氨酸混合溶液处理的蒙脱石样品在高温下汞L₃边X射线近边吸收谱. 利用这个方法研究了汞金属在蒙脱石中的吸附和解吸附行为以及氨基酸对吸附汞吸附行为的影响. 研究结果显示在没有氨基酸介入的情况下,蒙脱石中吸附的汞被6个水分子配位,或者被蒙脱石表面的氧原子配位;当引入半胱氨酸时,汞优先于氨基酸中的硫原子配位,形成更稳定的Hg-S键. 这个结果说明氨基酸的引入能够使得蒙脱石更稳定的吸附汞金属离子,大大缓解汞离子向生物圈中迁移.     

超临界水中硫酸钠结晶动力学的分子动力学模拟（英文）

在超临界水反应器中,硫酸钠是易造成堵塞的一种常见无机盐,研究其结晶动力学对于防盐沉积反应器的设计具有重要意义.本文采用LAMMPS分子动力学模拟软件研究硫酸钠在超临界水中的微观结晶过程,其中水分子采用SPC/E模型,离子-离子、离子-水分子相互作用采用Coulumb和Lennard-Jones联合势能函数.结果表明:水对离子的静电屏蔽作用随温度升高而增强、随密度减小而减弱;增大超临界水的温度和密度有利于离子扩散,进而促进离子相互碰撞、成核;在模拟的超临界水参数范围内,其成核速率的数量级为10~(29)cm~(-3)·s~(-1),生长速率为(19.8～25.8) m·s~(-1).     

温度相关的微波频率下氯化钠水溶液介电特性

针对NaCl水溶液(0.001–0.5 mol/L)介电特性, 实验调查了频率(200–6.25 GHz), 温度(293–353 K)、 浓度相关复介电常数. 结果表明: 频率增大的过程中虚部呈逐渐减小的趋势, 高温使离子扰动增大, 破坏了溶液内部水分子四面体结构和氢键构象而使介电常数实部减小. 与纯水相比, 溶液的损耗角正切在高温353 K低频区下降明显. 同时发现2.45和5.8 GHz的复介电常数随温度变化的温度窗效应, 温度窗效应导致微波加热时耗散功率的振荡变化, 温度分布不均匀现象在实验中得以证实. 关键词： 微波 复介电常数 介电特性 高温探头     

细胞生理溶液中不同离子浓度对近红外光谱测温的影响

膜片钳测量过程中实时监测离体细胞生存环境温度,控制生理溶液温度值对提高测量的准确性,消除温度不确定性具有重要的意义。采用近红外光谱结合化学计量学法来研究生理溶液中不同离子不同浓度对温度模型精度的影响。通过配制CaCl₂,KCl和NaCl各四种浓度的12份溶液样本,分别采集不同溶液样本在20~40 ℃温度范围内的光谱,波数范围为9 615~5 714 cm-1,并将每种溶液不同温度光谱数据按照三种方式划分训练集和预测集,采用间隔偏最小二乘方法选择有效波段,并建立与温度数值之间的定量校正模型。实验结果显示,浓度为0.25 g·mL-1的CaCl₂溶液模型的RMSEP最大,三次实验结果为0.386 3,0.303 7和0.337 2 ℃,浓度为0.005 g·mL-1的NaCl溶液模型的RMSEP最小,实验结果分别为0.220 8,0.155 3和0.145 2 ℃。总体实验结果表明细胞生理溶液中Ca2+对建立温度模型的精度影响最大,K+其次,Na+最小,当三种离子浓度均增大时,各离子对模型精度影响均为增大。因此在建立细胞生理溶液的温度模型时,有必要在合理范围内改变细胞生理溶液中三种主要离子的配比,来校正不同离子浓度对测量生理溶液温度的影响,从而提高近红外光谱温度测量的精度。     

超临界水中硫酸钠结晶动力学的分子动力学模拟

在超临界水反应器中，硫酸钠是易造成堵塞的一种常见无机盐，研究其结晶动力学对于防盐沉积反应器的设计具有重要意义.本文采用LAMMPS分子动力学模拟软件研究硫酸钠在超临界水中的微观结晶过程，其中水分子采用SPC/E模型，离子-离子、离子-水分子相互作用采用Coulumb和Lennard-Jones联合势能函数.结果表明：水对离子的静电屏蔽作用随温度升高而增强、随密度减小而减弱；增大超临界水的温度和密度有利于离子扩散，进而促进离子相互碰撞、成核；在模拟的超临界水参数范围内，其成核速率的数量级为10²⁹cm^-3·s^-1，生长速率为(19.8~25.8) m·s^-1.     

用分子动力学模拟甲烷水合物热激法结合化学试剂法分解

用分子动力学模拟方法研究甲烷水合物的热激法，化学试剂法，以及热激法结合化学试剂法分解，系统研究温度为277K和340K时添加液态水(WTR)和30wt％乙二醇(EG)溶液对水合物分解的影响.模拟显示WTR与水合物表面水分子形成氢键，破坏水合物原有的氢键平衡，造成笼状结构坍塌，水合物分解.EG分子中的羟基与水合物表面水分子形成氢键，从而破坏原有的稳定结构，造成水合物笼状结构被破坏，达到促进水合物分解，释放甲烷气体的效果.比较温度为277K和340K时添加WTR和30wt％EG溶液对水合物分解效果得出EG(340K)> WTR(340K)>EG(277K)>WTR(277K)，热激法结合化学试剂法能更好促进水合物分解.     

配位超分子[Cu(phen)(H2O)2·SO4]的合成、结构及表面光电压光谱

采用水热合成法得到了新颖结构的配位超分子[Cu(phen)(H2O)2.SO4]。通过X射线单晶衍射、红外光谱(IR)、紫外光谱(UV-VIS-NIR)及荧光光谱进行了测定和分析指认结构分析表明:标题化合物中Cu离子的配位模式分为两种,与phen分子中的2个N原子和水分子中2个O原子是通过配位键直接配位的;与硫酸根离子中的2个O原子的配位是采取Cu离子与O原子之间形成氢键,该氢键使Cu离子和硫酸根离子中的2个O原子处于亚配位状态,因此使Cu离子处于扭曲的八面体几何构型中。晶体中存在着大量的氢键将化合物连成了1D双链结构。利用表面光电压光谱(SPS)和场诱导表面光电压光谱(FISPS)研究了化合物的表面光电行为。化合物的SPS在300～800nm范围内呈现出明显的2个正的光伏响应带。FISPS的结果显示化合物呈现出一定的p-型半导体的特征。     

磷酸二氢铵水溶液构型能和径向分布函数的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟对不同温度下磷酸二氢铵水溶液的构型能和径向分布函数进行了研究．磷酸二氢根被看作七节点模型,铵离子被看作五节点模型,而水分子则被看作简单点电荷模型．在饱和温度 附近,体系局域粒子数密度有波动．373?400 K的溶液势能增长缓慢表明磷酸二氢铵部分分解．磷酸二氢根中的氧原子与铵离子中氢原子的径向分布函数在三种不同温度下呈现明显不同,表明溶液中平均氢键数目随温度的变化明显改变．温度对磷酸二氢根中的氢原子和氧原子的结合有一定的影响,而在饱和溶液中有更多的生长基元产生．     

采用分子动力学方法研究氯化钠水溶液的微观结构

溶液的微观结构对溶液的宏观性质具有决定性影响,团簇的存在和溶液不均性的认知是该领域研究的重要进展之一,也是关注的热点.为了考察溶液的微观结构,本文采用分子动力学方法对浓度适中的氯化钠水溶液进行了模拟,获得了各原子(离子)间的径向分布函数和溶液的瞬态图像.通过对比分析Na~+-Cl~-和Cl~--Na~+的径向分布函数,并结合已有研究结果,表明该径向分布函数上第三峰也来源于离子对,发现氯化钠水溶液存在着第三种离子对;上述径向分布函数上的三个峰分别与直接接触离子对、部分间隔离子对和完全间隔离子对相对应,并给出了这三种离子对的瞬态图像.三个时刻下系统瞬态图像的分析结果表明,溶液中存在水分子连续分布的区域和由离子与水分子共同构成的离子团簇.各瞬态图像中水分子连续分布的最大区域的平均尺寸至少为1.43 nm,溶液中部分间隔离子对的比例最大,约为0.68.在同时考虑直接接触离子对和部分间隔离子对时,三个时刻中最大团簇尺度的平均值为1.44 nm,该值约为部分间隔离子对最概然尺寸的3倍;团簇尺寸随团簇中离子数的增加而增大,在团簇中离子数较大时,满足无规行走(自由连接链)模型的结果.这些说明氯化钠水溶...     

糖精钴水合物[Co(C7H4NO3S)2(H2O)4]·2H2O的合成及晶体结构

以糖精钠(sac-Na)、丙氨酸和硝酸钴为原料合成得到糖精钴琥珀色块状晶体,采用红外、X射线单晶衍射对配合物进行了表征,该晶体属单斜晶系,空间群为P21/c,晶胞参数为:a=0.79269(5)nm,b=1.61407(10)nm,c=0.77026 (5) nm,α=90°,β=99.695(7)°,Ⅴ=0.97145 (11) nm3,Z=2,Dc=1.817g/cm3,F(000)=546,R=0.0278.结构分析表明,中心Co离子与4个O原子和两个N原子配位,处于四角双锥八面体配位环境中,4个水分子在赤道平面上与Co离子配位,晶胞中还包含有2个游离的结晶水,形成了含6个水分子的结晶物.     

R1234ze(E)/[HMIM][TfO]吸收式制冷系统热力学性能的研究

本文测量了293～343 K、0.078～0.631 MPa范围内R1234ze(E)在1-己基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐([HMIM][TfO])中的溶解度,并利用NRTL方程对实验结果进行了关联.模拟分析了以R1234ze(E)/[HMIM][TfO]为工质对的单级吸收式制冷循环的热力学性能.结果表明:1)当系统不带回热换热器时,较高的蒸发温度、循环倍率和较低的吸收温度有助于提高制冷系数;2)当系统带理想回热换热器时,溶液循环倍率的变化对制冷系数没有明显影响,较高的吸收和蒸发温度有助于提高制冷系数.