单壁碳纳米管上毒性苯气体净化的分子模拟(英文)

采用巨正则系综蒙特卡罗(GCMC)方法研究了空气中微量苯组分在单臂碳纳米管(SWNTs)上的吸附净化.模拟表明,具有较大孔径的(20,20)纳米管比较适合吸附纯苯蒸汽,而对于移除空气中的毒性苯物质,苯的吸附选择性分别在(12,12)纳米管及4.0 MPa时和(18,18)纳米管及0.1 MPa时出现最小值和最大值.为了解释这一异常行为,我们进一步分析了N2-O2-C6H6混合物的局部密度分布、吸附分子构型和概率密度分布,发现(18,18)纳米管内外完全被苯分子占据,而对于(12,12)纳米管,由于存在更强的吸附质-吸附剂相互作用,空气分子更倾向于吸附在管与管之间的间隙.此外,吸附分子的空间有序参数表明大多数苯分子采取"平躺"在纳米管表面的定位,而线性的N2和O2分子则多数平行于孔轴方向.最后研究了温度和苯分子主体相浓度对分离效果的影响.我们发现较大孔中的选择性随着温度的增加比小孔下降更加明显.与此对比,主体相苯浓度对小孔中的选择性起到更加重要的作用.     

单壁碳纳米管上毒性苯气体净化的分子模拟

采用巨正则系综蒙特卡罗(GCMC)方法研究了空气中微量苯组分在单臂碳纳米管(SWNTs)上的吸附净化. 模拟表明, 具有较大孔径的(20,20)纳米管比较适合吸附纯苯蒸汽, 而对于移除空气中的毒性苯物质, 苯的吸附选择性分别在(12,12)纳米管及4.0 MPa时和(18,18)纳米管及0.1 MPa时出现最小值和最大值. 为了解释这一异常行为, 我们进一步分析了N₂-O₂-C₆H₆混合物的局部密度分布、吸附分子构型和概率密度分布, 发现(18,18)纳米管内外完全被苯分子占据, 而对于(12,12)纳米管, 由于存在更强的吸附质-吸附剂相互作用, 空气分子更倾向于吸附在管与管之间的间隙. 此外, 吸附分子的空间有序参数表明大多数苯分子采取“平躺”在纳米管表面的定位, 而线性的N₂和O₂分子则多数平行于孔轴方向. 最后研究了温度和苯分子主体相浓度对分离效果的影响. 我们发现较大孔中的选择性随着温度的增加比小孔下降更加明显. 与此对比, 主体相苯浓度对小孔中的选择性起到更加重要的作用.     

狭缝孔内甲烷蒸汽重整化学平衡的分子模拟

采用反应蒙特卡罗方法研究了狭缝孔内甲烷蒸汽重整反应的化学平衡. 模拟中将CH4, CO和H2均描述成球形LJ分子, H2O和CO2分子的势能分别采用TIP4P和EMP2模型计算. 狭缝孔壁与LJ点位之间的相互作用采用Steele的10-4-3模型计算. 由于没有狭缝孔内该反应的实验数据, 因此比较了用经典热力学预测与RCMC方法得到的主体相平衡组成. 两种方法得到的结果比较吻合, 表明采用RCMC方法预测孔内的化学平衡是可靠的. 讨论了其它工艺条件对孔内化学平衡的影响.     

二氧化碳/甲烷/氮气二元混合物在有序介孔碳材料CMK-3 中的吸附和分离

采用分子模拟与吸附理论研究了天然气成分在有序介孔碳材料CMK-3上的吸附和分离.巨正则系综蒙特卡罗(GCMC)模拟表明,CH4和CO2气体的较优存储条件分别为208 K、4 MPa和298 K、6 MPa,其最大超额吸附量分别为10.07和14.85 mmol· g-1.基于双位Langmuir-Freundlich (DSLF)模型,使用理想吸附溶液理论(IAST)预测了不同二元混合物在CMK-3中的分离行为,发现吸附选择性Sco2/CH4与ScH4/N2比较接近,在298 K和4 MPa下约等于3,而N2-CO2体系中的CO2吸附选择性较高,可达到7.5,说明CMK-3是一种适合吸附和分离天然气组分的碳材料.