基于密度泛函理论的CO2吸附微观机理比较研究

为探究吸附法捕获CO₂过程中的微观机理和吸附剂材料间的作用关系,基于密度泛函理论方法,综合比较了典型吸附剂包括煤基官能团、Fe、限域离子液体、Na₂CO₃、SrTiO₃与CO₂的吸附过程和差异性.根据不同计算策略,着重分析比较了吸附能、结构优化参数、吸附构型以及原子分布等参数.结果表明,化学吸附中CO₂分子与吸附面呈平行关系时通常吸附能最大;在一种材料的同类型官能团中,吸附能大小与氧原子的数量呈正相关关系;吸附过程中C-O键的伸长活化会生成一种重要的中间产物CO₂^-.提出在探寻CO₂吸附材料时可以在含氧原子较多的官能团、活性金属表面等方面进一步探究.最后对基于密度泛函理论的CO₂的吸附机理的进一步研究方向进行了展望.     

用于测定介孔的Kelvin方程及其修正述评

介绍了物理吸附法评价介孔材料孔结构参数的理论基础、孔介质模型及吸附质对测量结果准确性的影响因素.讨论了 Kelvin 公式,以及从不同方面对 Kelvin 公式进行的修正,并以此为基础,评述采用物理吸附法测定介孔材料各种孔结构测试方法,着重探讨物理吸附法的理论基础、模型建立及其不足之处,分析和探讨介孔材料孔结构表征中存在的问题及原因,为建立新的理论模型探讨思路与可能.     

基于第一性原理计算H_2S、CO_2、CH_4在Fe-MoS_2上的吸附性能

在高含硫气藏开发中,伴随着CH_4的采出,H_2S和CO_2也不可避免的被采出.这两种气体会产生管道腐蚀和气体中毒等诸多不利影响.为了解决这一现实需要,从研究较为广泛的MoS_2材料入手,考虑了其掺杂结构中的吸附性能的变化,相关计算原理基于密度泛函数理论.主要计算了一种吸附式掺杂过渡金属原子Fe在MoS_2上的结构,同时也计算了H_2S,CO_2,CH_4气体在其表面的吸附能,电荷转移,电子密度差等相关参数.结果表明,CH_4对这种材料表现出不敏感的特性,而CO_2、H_2S均表现出吸附的性质,预测这种材料可能作为一种可使用的吸附材料,或是开发作为一种新型的气体预警材料.     

Henry范围内粗糙孔隙中气体的等量吸附热与吸附选择性

Henry系数和等量吸附热是表征气体吸附中气-固作用的重要参数.为了更好地理解气体在粗糙孔隙中的吸附特征,首先构造并计算了矩形波纹粗糙狭缝及其外势分布.进一步,采用经典统计力学研究了狭缝中H₂分子在低压范围内的纵向Henry系数和等量吸附热.研究结果表明,粗糙狭缝的几何形貌和基板间距等因素可对狭缝中气体的纵向Henry系数和等量吸附热产生显著的影响与调制作用.进一步,在Henry范围内计算了CO₂/H₂二元混合物气体在矩形波纹粗糙狭缝中的吸附选择性,并研究了狭缝几何形貌的调制作用.此外,还研究了不同形状的凸起对气体吸附性质的影响.相关的结果可为理解多孔材料中气体的吸附、分离和提纯等过程提供可靠的理论依据,并有望为设计与研发新型纳米功能材料提供有益的参考.     

InSb(110)表面S,O原子吸附的第一性原理研究

基于第一性原理方法, 采用广义梯度近似的交换关联势, 对InSb材料(110)表面的硫吸附和氧吸附之后体系性质的差异进行了分析. 讨论了两种吸附下的键长、键角、能带结构和态密度的变化, 从理论上论证了硫吸附比氧吸附对InSb红外探测器表面态的钝化有优越性, 有利于工艺上在钝化时的选择. 关键词： 第一性原理 InSb 硫吸附 氧吸附     

硫化氢在金属-有机骨架材料中吸附与分离的计算模拟

采用优化的DREIDING力场参数,通过巨正则系综蒙特卡洛(GCMC)模拟方法对天然气中的两种气体CH_4和H_2S在Cu_6(BTTC)_4(H_2O)_6·x S(1)和[(CH_3)_2NH_2]_3[(Cu_4Cl)_3(BTTC)_8]·yS(2)两种金属有机骨架(MOFs)材料中的吸附与分离性能进行了比较研究.结果证明了聚合物2的吸附量和分离性能相比之下高于聚合物1,且两种材料的吸附机理存在差异.聚合物1中金属Cu和有机基团对于吸附两种气体没有明显的作用,主要分布在小孔道和大孔道;然而聚合物2中的H_2S和CH_4主要吸附在有机基团、金属Cu和-Cl基团周围.则含有-Cl基团的聚合物2展现了优越的吸附能力和稳定性.总而言之,本文获得的结果可以应用于此类研究领域,因此在环境范围中吸附去除污染物可以产生更深层次定性和定量的作用.     

硫化氢在金属-有机骨架材料中吸附与分离的计算模拟

摘 要: 采用优化的DREIDING力场参数,通过巨正则系综蒙特卡洛(GCMC)模拟方法对天然气中的两种气体CH4和H2S在Cu6(BTTC)4(H2O)6·xS (1)和[(CH3)2NH2]3[(Cu4Cl)3(BTTC)8]·yS (2)两种金属有机骨架(MOFs)材料中的吸附与分离性能进行了比较研究.结果证明了聚合物2的吸附量和分离性能相比之下高于聚合物1,且两种材料的吸附机理存在差异,聚合物1中金属Cu和有机基团对于吸附两种气体没有明显的作用,主要分布在小孔道和大孔道;然而聚合物2中H2S和CH4主要吸附在有机基团、金属Cu和-Cl基团周围.则含有-Cl基团的聚合物2展现了优越的吸附能力和稳定性.总而言之,本文获得的结果可以应用于此类研究领域,因此在环境范围中吸附去除污染物可以产生更深层次定性和定量的作用.     

多孔材料分形扩散模型的Fourier-Bessel级数算法及其应用

将Fick扩散定律的Fourier三角级数算法推广成多孔材料分形扩散模型的Fourier-Bessel级数算法,并把它应用于化学工程中吸附问题涉及的浓度分布与相对吸附量的计算中,取得一些规律性认识.由于分形扩散模型是在Fick扩散定律的基础上增加了表征微观结构的参数d_f和θ,研究多孔材料中的浓度分布与相对吸附量时,与Fick扩散定律的研究结果相比,定性上基本一致,在定量上有差别,d_f和θ对扩散传质过程的影响各有侧重,用它们可更好地描述多孔材料中的扩散过程.     

太阳能固体吸附-喷射制冷联合循环系统研究

本文提出了一种新型太阳能固体吸附-喷射制冷联合循环系统,并建立了相应的物理模型.通过对系统运行原理和热力参数的分析与计算,认为该系统为解决太阳能固体吸附制冷系统的不连续性问题提供了一种行之有效的方法.同时,由于对吸附热的有效回收,系统的COP有一定的提高.     

亚甲基蓝在胶体银表面的吸附——表面增强拉曼光谱和密度泛函理论计算

获得了不同浓度下亚甲基蓝(methylene blue,MB)溶液在银溶胶中的表面增强拉曼光谱。结果表明： 亚甲基蓝分子与银纳米粒子高浓度下物理吸附为主,低浓度下化学吸附为主;不同浓度下存在不同的吸附取向,即高浓度下为“直立”取向,低浓度为“平躺”取向。通过观察低浓度下MB在银胶中吸附时间对谱图的影响,得知低浓度下吸附取向不随时间发生变化。应用密度泛函(DFT)方法在B3LYP/6-31+G*和LANL2DZ基组水平上对亚甲基蓝阳离子(MB+)及MB+与Ag原子形成的不同构型体系进行了结构优化和频率计算。实验与理论计算结果表明,MB+有可能通过N—Ag和S—Ag与Ag原子形成两种较强的吸附构型。电荷布居分析表明,与S原子相比,芳香环上的N原子更易与Ag发生相互作用。还对实验观察到的部分谱峰及它们的振动模式作出了初步归属和讨论。     

晶体材料电光系数和压电系数的同时测量

利用双面金属包覆波导结构激发的高阶导模是导波层折射率的灵敏函数这一特性提出了一种测量非线性材料电光系数和压电系数的新方法. 该方法利用反射率曲线在不同电压下的移动参量可以直接计算出被测样品的电光系数和压电系数. 理论与实验研究表明, 该方法具有结构紧凑、插入损耗小、整个装置无运动部件、可靠性能高等诸多优点. 预计这一研究在应用压电效应和电光效应制备光电子器件的诸多领域中有极其广泛的应用前景.     

The Optimum Coupling Coefficient of Optically Pumped NH3 Far-Infrared Cavity Laser

Based on the semiclassical density matrix theory, the optimum output power reflection coefficient (coupling coefficient) of output coupler for optically pumped NH₃ far-infrared (FIR) cavity laser was calculated by means of iteration method. Experimentally, FIR Fabry-Perot cavity laser was designed and constructed by using inductive metallic meshes as couplers, and the measurement showed that the theoretical calculation were in agreement with experimental results.     

利用反射与透射光谱测量GaN外延层的光学参数

GaN是一种理想的紫外发光和探测材料,其光学特性参数是光学器件设计的重要依据。采用紫外反射与透射光谱相结合的方法对国产GaN外延层进行光学特性测量,利用反射率与折射率之间的关系和薄膜干涉效应,建立了GaN外延层厚度、表面反射率、光谱吸收系数的光谱测量公式。测量结果表明,GaN外延层在紫外波段存在三个吸收区,其中364nm以下波段为强吸收区,吸收系数接近10^5cm^-1,364～375nm为吸收过渡区,375nm以上波段为弱吸收区;GaN表面反射率在三个吸收区的变化不大,为0．2～0．25之间。     

ICP-OES研究活性炭无纺布对镉的吸附

重金属污染是一个相当严重的环境问题。镉具有很强的生物毒性和不可降解性,对生态环境和人体健康有极大威胁,被列为优先控制污染物。环境中镉的主要污染源是电镀、采矿和化学工业等部门的废水,如何简单高效去除水中的镉,有重要的社会意义和经济意义。目前,水中重金属的去除方法有化学沉淀、膜分离、离子交换、吸附、电解等,其中吸附法因简单高效而广泛应用。活性炭纤维是一种新型活性炭,孔径小且均匀,表面官能团发达,吸附性能好,逐步应用于水处理领域。以电感耦合等离子体光谱为检测手段,佐以比表面积分析,X射线衍射,元素分析和傅里叶变换红外光谱,研究比较了三种活性炭纤维(纤维炭网、活性炭无纺布、活性炭纤维毡)的结构特点及其对水中镉的吸附性能。三种活性炭纤维结构基本类似,具有较发达的孔隙结构。活性炭无纺布极性较强,表面有丰富的羟基、羧基、醛基等含氧官能团,对水中镉的吸附作用最大。因此,选择活性炭无纺布为吸附剂进行后续实验。研究了活性炭无纺布吸附镉的影响因素,如溶液pH,吸附时间等。溶液pH影响吸附剂表面电荷及水中镉的存在状态。水中镉的去除效率随溶液初始pH的增大而增大,在较低pH时,吸附剂与Cd2+间存在静电斥力,同时H+和Cd2+存在竞争吸附,pH>9时,镉的去除是吸附与沉淀协同作用的结果,选择pH为6～7。在吸附的初始阶段,活性炭无纺布对Cd2+的吸附量迅速增加,10 min时,吸附率达到72%。随着吸附位点逐渐被Cd2+所填充,吸附速率逐渐变慢,300 min时,吸附容量基本无变化,吸附趋于平衡。优化了镉的吸附条件后,进行等温吸附实验和动力学实验。结果表明,25 ℃时,吸附时间为300 min,pH 6.0条件下,当镉的平衡浓度在20.00 mg·L-1时,活性炭无纺布对镉的单位质量吸附量和单位比表面积吸附量分别是3.04 mg·g-1和0.035 mg·m-2。用Langmuir方程(R2=0.997, K_L =1.796 L·mg-1)和Freundich方程(R2=0.895, K_F=0.918 L·mg-1, n=2.12)拟合活性炭无纺布对镉的等温吸附数据,Langmuir方程计算的理论吸附量为3.07 mg·g-1,与实验值相当,并且线性系数更高,说明该体系的吸附符合Langmuir方程,主要为单分子层吸附。Langmuir分离因子介于0和1之间,表明活性炭无纺布对镉的吸附容易进行。用准一级动力学方程、准二级动力学方程、颗粒内扩散方程和Elovich方程四种动力学模型拟合吸附过程。在吸附的前5 min,镉在活性炭无纺布上的吸附符合颗粒内扩散方程(R2=0.985),吸附主要受颗粒内扩散控制。在吸附的5～300 min,颗粒内扩散方程拟合较差。整个吸附过程符合准二级动力学方程(R2=0.999,k₂=0.367 g·mg-1·min-1),Elovich方程(R2=0.981,a=0.271 mg·g-1, b=0.083 mg·g-1·(lg min)-1)和准一级动力学方程(R2=0.927,k₁=0.008 8 min-1)次之,颗粒内扩散方程(R2=0.785)最差。活性炭无纺布对镉的吸附过程是一种化学作用为主的吸附过程。对5.00 mg·L-1含镉水样,活性炭无纺布投放量为10 g·L-1时,吸附后水中镉的浓度小于0.10 mg·L-1,符合《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)。活性炭无纺布可同时吸附镉,铜,铅,铬等重金属离子,选择性较差。但在电镀、采矿等实际废水中重金属种类复杂,适当提高吸附剂投放量,可同时去除多种重金属。利用活性炭无纺布吸附处理含镉水样,处理效果好、操作简单,可以作为去除水中镉的吸附剂,为含镉废水的处理提供了技术支持和理论基础。     

利用Fernald迭代后向积分法反演低空探测机载激光雷达消光系数

进行低空探测的机载激光雷达消光系数反演存在着标定点选取和标定值确定两大困难.Fernald迭代后向积分法能够在不利用其它辅助没备的情况下,找到进行低空探测机载激光雷达消光系数反演所需的标定点和标定值.利用Fernald迭代后向积分法和Palm et a1.(2002)方法分别对青岛机载激光雷达实验数据进行处理,得到的两条消光系数廓线基本吻合.定蜃分析显示:利用Fernald迭代后向积分法进行机载激光雷达消光系数反演时,激光雷达比对消光系数反演结果影响很大;标定点的消光系数值及迭代判据的取值对机载激光雷达消光系数反演的结果影响较小.Fernald迭代后向积分法为不用其它辅助设备进行低空探测的机载激光雷达消光系数反演提供了一种可行的范例.     

太赫兹波频域的GaAs材料特性

利用返波振荡器(BWO)系统对不同电阻率的GaAs在太赫兹波段的透射谱进行了测试,并对太赫兹波透射谱进行了计算和分析,得到不同电阻率的GaAs材料在太赫兹波0.23～0.375 THz波段范围的折射率、吸收系数和介电常数实部和虚部等光学特性参数。实验结果表明,不同电阻率的GaAs在整个测试太赫兹波频段内的折射率,吸收系数,介电常数实部和虚部均随着电阻率的增加而增加。高电阻率的GaAs材料对太赫兹波的吸收很小,其最小吸收系数可达到3.87×10-4 cm-1。同时也表明采用返波振荡器系统研究分析GaAs在太赫兹波段特性是可行的。研究不同电阻率的GaAs在太赫兹波段的光学特性,对设计高效率太赫兹波天线具有重要意义。     

在－50℃~+150℃大温度范围下用FBG测材料的三维热膨胀系数

报导了用光纤布喇格光栅(FBG)传感器测量军工用的一新型材料的新方法.实验结果表明，此方法可在恶劣环境下可靠检测热膨胀系数，FBG在低至－50℃和高至+150℃大范围下仍能正常工作.文中给出了相应理论及实验结果.     

Synthesis of graphene oxide-poly(2-hydroxyethyl methacrylate) composite by dispersion polymerization in supercritical CO2: adsorption behavior for the removal of organic dye

The use of a biocompatible and thermoresponsive polymer, poly(2-hydroxyethyl methacrylate) (PHEMA) grafted onto the surface of graphene oxide (GO) as an adsorbent for the removal of a cationic dye (methylene blue [MB]) from an aqueous solution is examined in this work. GO–PHEMA forms a hydrogel in water thus overcoming the problem faced by carbon-based adsorbent materials during post-treatment (i.e., separation of adsorbent from the aqueous phase). The GO–PHEMA composite was synthesized using a green approach through dispersion polymerization in supercritical CO₂. The successful preparation of this composite was confirmed by a series of characterization techniques. The adsorption behavior of the composite toward MB such as the effect of the adsorbent dosage, pH, contact time, dye concentration, and recyclability were observed. In addition, the adsorption isotherm, kinetics and thermodynamics were investigated. According to the experimental data, the adsorption parameters were found to fit well into the Freundlich adsorption isotherm with a correlation coefficient of 0.975 and a maximum predicted adsorption capacity of 39.41 mg g^?1 at 25 °C. The adsorption kinetics studies showed that the adsorption behavior followed a pseudo-second-order reaction. On the other hand, the thermodynamics studies showed that the adsorption of MB on GO–PHEMA composite followed spontaneous and endothermic adsorption process with an efficient adsorption temperature at 45 °C. The experimental results also showed that the GO–PHEMA composite could remove 99.8% of the dye in 45 min. Therefore, GO–PHEMA composite is a favorable green adsorbent for environmental applications.     

牙齿组织光学穿透深度有限元仿真分析

利用有限元方法对光在二维牙齿双层有限尺寸模型中传输的扩散方程进行求解,获取了光能在组织体内部的分布情况,并对牙釉质和牙本质在不同光学参量模型下的光学穿透深度进行仿真分析.结果发现,穿透深度随牙釉质散射系数的增大而减小,随牙本质的散射系数增大而增大.但牙釉质的穿透深度随散射系数的变化率（βe=0.007 97）要远远大于牙本质（βd=0.000 828）.采用Monte Carlo随机统计方法验证了本文有限元求解扩散方程的正确性.     

Effect of gas adsorption on momentum accommodation coefficients in microgas flows using molecular dynamic simulations

The tangential momentum accommodation coefficient (TMAC), usually used in slip boundary conditions in micro-gas flows, is reported to be always less than unity and greatly influenced by temperature and the strength of gas–wall interactions. According to the definitions of accommodation coefficients, a proper statistical algorithm in non-equilibrium molecular dynamics method was described and verified. In planar Poiseuille gas flow in a smooth microchannel, the TMAC were calculated considering both the effects of temperature and gas–wall interaction. In the simulation processes, more gas molecules began to be adsorbed near walls under the condition of stronger gas–wall interaction and lower temperature. The gas adsorption resulted in a longer gas–wall interaction time so that the TMAC increased. While the gas–wall interaction became much stronger, more and more gas molecules were adsorbed to form an explicit layer above the wall. The full coverage of gas molecules on the wall prevented further adsorption; therefore the TMAC did not keep on increasing as the interaction strength continued to increase. Meanwhile, the normal momentum accommodation coefficient (NMAC) was also calculated according to the definition. In the isothermal flow, the average gas momentum normal to the wall was in complete accommodation with the wall, and the NMAC was almost unity in smooth micro channels.