H_2O对沸石咪唑酯骨架材料CO_2捕获性能的影响研究

沸石咪唑酯骨架(ZIFs)材料是一种新型的温室气体CO_2吸附材料。本文采用巨正则蒙特卡洛(GCMC)模拟的方法研究了H_2O对ZIF-8及ZIF-90的CO_2吸附性能和CO_2/N_2分离性能的影响。研究结果表明,ZIF-90的CO_2吸附及CO_2/N_2分离性能要强于ZIF-8。在ZIF-8中,H_2O的存在对该材料的CO_2吸附性能和CO_2/N_2选择性分离性能几乎没有影响。H_2O对CO_2在ZIF-90中的吸附具有协同吸附作用,H_2O的存在对材料吸附CO_2及分离CO_2/N_2具有明显的促进作用。     

密度泛函理论研究Rh_n(n=2-5)团簇与部分小分子体系的相互作用

采用密度泛函理论系统计算研究了Rh_n(n=2-5)团簇吸附小分子(H_2、O_2、N_2、NO、CO、NO_2、CO_2)体系的基态几何结构和电子结构特性.结果表明:N_2、NO、CO和CO_2在Rhn表面以物理吸附的形式存在,H_2和NO_2在Rhn表面发生化学吸附,O_2在Rhn表面的吸附与Rh团簇所含原子数目的奇偶性密切相关:O_2在含奇数原子铑团簇表面发生化学吸附、在含偶数原子铑团簇表面发生物理吸附;对于各小分子在Rhn表面的物理吸附而言,吸附能强弱顺序为NO(CO≈NO_2≈O_2)(CO_2≈N_2)H_2.     

碳纳米管吸附分离CO2/N2混合物的分子模拟研究

本文采用巨正则蒙特卡罗模拟研究了烟气中CO_2/N_2混合物在不同管径碳纳米管(CNT)中的吸附分离性能,并分析温度及气相组成对混合物分离性能的影响。结果表明,在温度为300 K,压力为0.1 MPa时,(7,7) CNT有着最大的CO_2吸附量以及选择系数,分别为1.38 mol/kg和48.5。引入性能系数综合分析不同管径CNT的吸附分离特性,发现在温度低于315 K时应选用(7,7) CNT作为吸附分离CO_2/N_2的吸附剂,而高于315 K时应选用(6,6) CNT。在多阶段分离纯化过程中,在CO_2摩尔分数高于10%时应选用(7,7) CNT作为吸附分离CO_2/N2的吸附剂,反之则选用(6,6) CNT。     

致密气在α-SiO_2(010)面吸附的第一性原理研究

致密气在砂岩储层中的赋存状态一直是人们研究的热点.为了论证致密气在石英砂岩表面吸附性的强弱,基于密度泛函理论的第一性原理方法,以CH_4分子为主要研究对象,研究了CH_4、C_2H_6、CO_2、N_2分子在α-SiO_2(010)面的吸附性质.结果表明:CH_4、C_2H_6、CO_2、N_2分子在α-SiO_2(010)面的吸附能力从小到大依次为CO_2N_2CH_4C_2H_6,其中CH_4分子在B12位的吸附能最低,为-0.5379 eV,几何结构变化最小,吸附最稳定,是一种物理吸附;烃类气体的吸附性比非烃类的吸附性强;不同高对称位的吸附能变化范围很小,气体在α-SiO_2(010)面的流动性很强;在B12位吸附后,CH_4分子的s态、p态电子密度整体向低能量区域偏移约3.2 eV,而α-SiO_2(010)表面硅原子的电子态密度曲线几乎不变.     

高压CO2在虾肉糜中的纵向吸附过程

为了研究高压CO_2(High Pressure Carbon Dioxide,HPCD)在蛋白质中的吸附行为,以圆柱形虾肉糜为研究对象,构建纵向溶解吸附模型,采用磁悬浮天平高温高压等温吸附仪测试HPCD在虾肉糜中的纵向吸附质量,研究压强和温度对纵向吸附质量的影响规律。结果表明:仪器直接测得的吸附质量为CO_2在虾肉糜中的纵向过剩吸附质量,不能准确反映纵向绝对吸附质量;在吸附未饱和时采用饱和吸附相体积法将过剩吸附质量校正为绝对吸附质量,在吸附饱和时采用吸附相密度法将过剩吸附质量校正为绝对吸附质量;绝对吸附质量更能真实地反映CO_2在虾肉糜中的吸附能力。在等温条件下,随着压强升高,CO_2在虾肉糜中的纵向绝对比吸附先急剧增加达到峰值,后稍下降并趋于平稳;在等压条件下,随着温度升高,CO_2在虾肉糜中的纵向绝对比吸附下降。35～60℃时虾肉糜对CO_2的纵向绝对比吸附最大值分布在45.53～111.49 cm3/g。研究结果为建立HPCD在虾肉糜中纵向吸附模型提供了基础数据,并为控制虾肉糜形成凝胶的品质提供技术参考。     

N_2在Co掺杂Ru(001)表面吸附的DFT研究

采用密度泛函理论与周期性平板模型相结合的方法,对N_2在Ru(001)表面top、fcc、hcp、bridge四个吸附位和Ru-Co(001)表面Ru-top、Co-top、Ru(Ru)Ru-bridge、Co(Co)Co-bridge、Ru(Co)Co-bridge、Ru(Ru)Co-bridge、Ru_2Co-hcp、RuCo_2-hcp、Ru_2Co-fcc、RuCo_2-fcc十个吸附位的14种吸附模型进行了构型优化、能量计算,得到了N_2较有利的吸附位;并对清洁表面进行能带分析,对最佳吸附位进行总态密度分析.结果表明:掺杂Co后,Ru催化剂的能带变宽,催化活性增强;N_2在Ru(001)表面的最稳定吸附位top的吸附能是-88.94 kJ·mol~(-1),在Ru-Co(001)表面的最稳定吸附位Ru-top的吸附能是-95.71 kJ·mol~(-1),而且N_2与金属表面成键,属于化学吸附.     

氰基和氧改性g-C_3N_4吸附氧气的第一性原理研究

采用第一性原理密度泛函理论模拟研究了氰基和氧改性的单层石墨相氮化碳(g-C_3N_4)结构模型、禁带宽度、态密度(DOS)和分波态密度(PDOS),以及氧气在其表面上的吸附行为.在Dmol3模块中建立了g-C_3N_4、氰基改性g-C_3N_4和氧掺杂g-C_3N_4结构模型.相对g-C_3N_4,氰基改性g-C_3N_4和氧掺杂g-C_3N_4的价带位置没有移动,导带位置均下移.基于氧气在g-C_3N_4、氰基改性g-C_3N_4和氧掺杂g-C_3N_4的吸附能和吸附后O-O键长,系统分析了氧气在其表面上的吸附行为.结果表明氧气在催化剂表面的吸附均为物理吸附.     

显微激光拉曼定量分析CO_2气体碳同位素组成方法研究

制备了一系列不同比例的~(12)CO_2/N_2和~(13)CO_2/N_2混合物,对样品进行显微激光拉曼测试分析后发现气体拉曼特征峰峰面积比与其摩尔分数比成正比例关系,拟合方程的斜率被认为是拉曼量化因子F_(12CO_2)和F_(13CO_2)。用气相组分中只含有~(12)CO_2和N_2的流体包裹体验证了当F_(12CO_2),为1.163 49时,根据气体的拉曼特征峰峰面积比能估算出其摩尔分数比。由线性拟合后的方程斜率得出F_(13CO_2)和F_(12CO_2)分别为1.610 86和1.163 49,它们的比率F_(13CO_2)/F_(12CO_2)是1.3845。在确定稳定同位素分子的拉曼参数和实验条件基础上,CO_2气体碳同位素摩尔分数比C_(12)/C_(13)可根据A_(12Co_2)/A_(13CO_2)(拉曼峰峰面积比)和F_(13CO_2)/F_(12CO_2)的乘积求出。此外,用已知摩尔分数比(C_(12)/C_(13))的人造包裹体验证了此方法具有一定的可行性,可以建立起定量分析CO_2气体碳同位素激光拉曼测试方法。     

基于密度泛函理论的Na_2CO_3吸附H_2O和CO_2机理研究

碳酸钠是一种颇具潜力的燃煤烟气CO_2固体吸收剂,其脱碳包括物理吸附和化学吸收过程,目前对其脱碳过程微观机理的研究比较缺乏。本文以碳酸钠物理吸附CO2为切入点,利用密度泛函理论(DFT)讨论了H_2O和CO_2在Na_2CO_3(001)表面的单独吸附及共吸附机制。计算采用周期性平板模型和GGA-PBE泛函,计算结果表明,Na_2CO_3(001)面具有最低的表面能;Na_2CO_3(001)面单独吸附H_2O的过程属于弱化学吸附,单独吸附CO_2的过程属于物理吸附;H_2O和CO_2在Na_2CO_3(001)面的共吸附无明显竞争作用,与在K_2CO_3(001)表面的吸附情况不同。本文研究结果将为碳酸钠化学吸收CO_2微观机理的后续研究提供理论依据。     

N_2在单原子催化剂Ir/MoS_2表面上吸附的第一性原理研究

利用密度泛函理论,在slab模型下,研究N_2在单原子催化剂Ir_1/MoS_2上的吸附行为,结果表明,N_2的优势吸附位为Ir原子的顶位,构型为垂直向下,吸附能达到1.57 eV,是化学吸附.电子结构说明主要是吸附N原子的2Pz轨道在Z方向上与Ir的5d_z~2、5d_(xz)、5d_(yz)、6P_z混合得以使N_2稳定吸附在Ir原子上.     

功能化偶氮微孔有机聚合物的制备

利用微孔有机聚合物材料吸附分离CO_2,是被认为解决CO_2捕集分理最有潜力的一种方法。较高的比表面积及极性强的骨架,有利于获得高CO_2吸附容量和选择性。利用吡啶、嘧啶及三嗪功能化的芳胺单体进行氧化偶联反应,制备了一系列偶氮微孔聚合物。用FTIR表征反应前后单体与聚合物的红外谱图的变化,表明成功制备了偶氮微孔聚合物。     

第一性原理分析CO_2在CaO(100)表面的吸附性能

运用广义梯度密度泛函理论(GGA-PW91)结合周期平板模型方法,研究了CO_2分子分别在1×1×1和2×2×1CaO(100)超晶胞面最稳定位的吸附行为.结果表明:Ca O(100)表面的Osurf原子为CO_2分子的有效吸附位,能够和CO_2分子形成稳定吸附键C-Osurf,其吸附能为0.858 e V.在吸附前后C和Osurf原子的价电子组态分别由2s~(0.89)2p~(2.47)和2s~(1.84)2p~(4.99)变化为2s~(0.68)2p~(2.33)和2s~(1.90)2p~(5.17),而且在CO_2分子中的O2s原子与Surface层的Ca_(sub)4s原子间存在相互作用.考察了多个CO_2分子在2×2×1 Ca O(100)表面吸附时存在分子间相互排斥作用,发现当四个CO_2分子吸附到2×2×1CaO(100)超晶胞面时,排斥能为1.76e V,不利于CO_2分子的吸附.     

O_2/CO_2气氛燃煤半焦孔隙特性分析

在沉降炉上制备了不同燃烧气氛、不同燃尽程度的半焦,采用低温氮吸附仪和扫描电子显微镜测定了其孔隙结构和表面形态.结果表明,所取的半焦试样均具有完整且连续的孔结构体系;但在相同的操作条件下,O_2/CO_2气氛下半焦试样的孔结构参数及其分形维数均小于相同O_2浓度的O_2/N_2气氛下的情况;两种气氛下煤焦的燃尽过程中,孔隙结构参数(S_(BET)、V_(BJH)和d_(pore))随燃尽率的增加均呈减小趋势;SEM图像的定性分析结果与N_2吸附的定量测量吻合较好.研究结果为深入认识O_2/CO_2气氛下煤粉的孔隙结构与其燃烧特性的关系提供了基础.     

CH_4/H_2O/CO_2在β-SiO_2(100)面吸附的第一性原理研究

多孔介质中的吸附直接影响页岩气赋存、运移.基于密度泛函理论从量子力学角度研究CH_4/H_2O/CO_2在页岩储层主体矿物成分SiO_2上的吸附构型和吸附特性,计算并分析了吸附能与态密度等特征.研究表明:CH_4、H_2O和CO_2在β-SiO_2(100)面的吸附能分布在-0.2 eV～-0.1eV区间内,为物理吸附;最小吸附能大小依次为:CH_4 H_2O CO_2,即,CO_2的吸附能力最强,H_2O次之,CH_4最弱;各吸附质处于吸附能最大与最小时的键长键角变化均小于1%,最大吸附能对应的吸附质键长键角变化率均大于吸附能最小时的,吸附质的物理结构变化微弱表明其所受作用力微弱;基底处于最稳定吸附位时态密度基本重合,表明各吸附质与β-SiO_2表面相互作用相似且差异较小;CH_4、H_2O、CO_2的态密度均出现不同程度偏移,且CO_2在能量更低的区域具有态密度分布,更易优先吸附.     

原子分子在Pt(100)表面吸附的第一性原理研究

本文系统研究了H、N、O、C、S等原子,N_2、NH_3、NO、CO等分子和CH_3、CH、CH_2和OH等自由基在Pt(100)表面的吸附.从能量上来看,吸附能力从小到大的顺序是N_2NH_3COCH_3NOHOHNCH2OSCHC.原子类吸附物中H、N、O的最稳定吸附位均为桥位,而S、C则倾向于四重空位.所研究的分子吸附物(N_2、NH3、CO、NO),N_2和NH_3有且只有一种顶位吸附结构,CO和NO均优先吸附在空位.自由基吸附物(CH、CH_2、CH_3、OH)在Pt(100)表面上的吸附,CH_3优先吸附在顶位,CH_2、OH它们的最稳定吸附位均为桥位.原子、分子和自由基吸附后,会引起Pt(100)原子层间距的改变.     

应用显微激光拉曼光谱测定CO_2气体碳同位素值δ~(13)C的定量方法研究

单个流体包裹体同位素在研究岩矿古流体成因、矿床、油气和大地构造演化动力学等多个领域具有十分重要的意义,激光拉曼光谱是一项可以分析单个流体包裹体同位素的有效方法。本文提出应用显微激光拉曼光谱法来计算CO_2气体碳同位素值δ~(13)C。利用自行设计的装置将~(12)CO_2和~(13)CO_2按比例分别与N2混合,对混合气体样品进行显微激光拉曼测试分析后确定~(12)CO_2和~(13)CO_2的拉曼参数,这为用激光拉曼分析碳同位素值δ~(13)C奠定了理论基础。通过对不同比例的~(12)CO_2/~(13)CO_2人工合成CO_2包裹体样品和胜利油田CO_2天然气藏样品进行激光拉曼光谱分析,发现CO_2气体碳同位素摩尔分数比N_(13)/N_(12)与拉曼参数之间存在数学关系式,由此建立了根据碳同位素计算公式δ~(13)C=[(C_(13)/C_(12))_(样品)/(C_(13)/C_(12))_(标准)-1]×1 000‰,用激光拉曼分析获得的CO_2气体有关激光拉曼参数来计算δ~(13)C值的方法。按照该方法,应用显微激光拉曼光谱对胜利油田CO_2天然气藏样品分析计算其δ~(13)C值为-5.318‰,与用质谱仪分析测出的δ~(13)C值(-5.6‰)比较,其相对误差较小(≈5%),可以初步建立起应用显微激光拉曼光谱测定CO_2气体碳同位素值δ~(13)C的定量方法。     

中空纤维膜接触器脱出CO_2过程熵产率最小化

本文用有限时间热力学对中空纤维膜接触器脱出酸化海水中CO_2过程进行了理论研究。在壳程通过酸化海水,管程采用N_2和CO_2混合气体吹扫条件下,对传质过程熵产率进行了最小化。采用数值计算得到了熵产率最小传质策略的液相、气相中CO_2摩尔分数沿程分布,并与化学势差一定及管程采用N_2吹扫传质策略进行了比较。结果表明,熵产率最小传质策略的熵产率比管程采用N_2吹扫的传质策略减小41.39%;化学势差一定传质策略优于管程采用N_2吹扫传质策略。本文结果对实际中空纤维膜接触器脱出酸化海水中CO_2过程的设计具有一定理论指导意义。     

功能离子液体复配溶液吸收CO_2性能研究

采用酸碱中和一步法制备出四甲基铵甘氨酸([N1111][Gly])功能离子液体,并进行~1H NMR和TGA表征。通过[N_(1111)][Gly]与单乙醇胺(MEA)水溶液复配成混合吸收剂,研究了不同复配浓度、温度、压力对CO_2的吸收性能的影响。结果表明;在MEA溶液中添加[N_(1111)][Gly]功能离子液体可以提高吸收CO_2的速率,在本文采用的5种吸收剂中,0.3mol·L-[N_(1111)][Gly|与0.7 mol·L~(-1)MEA复配形成的吸收剂具有较高的吸收容量和较大的吸收速率。温度升高,混合吸收剂吸收CO_2的速率增加,但平衡时的吸收容量减小。混合吸收剂的CO_2吸收速率和吸收容量均随压力的升高而增加。     

Si-CNT循环催化N_2O与CO反应的理论研究

通过非金属催化转化有毒气体来解决环境问题已经成为最有效最有前景的方法.基于密度泛函理论(Density Functional Theory, DFT)研究了Si掺杂碳纳米管(Si-CNT)催化氧化N_2O与CO的反应. N_2O分子更易以直线形式吸附在Si-CNT催化剂上,并分解为N_2和CNT-SiO中间体,对应的活化能垒为2.42 kJ/mol. CNT-SiO中间体很活泼很容易与CO继续反应生成CO_2.通过分析发现CNT既可以作为电子的接受体又可以作为电子的供体,因此帮助了电荷在Si和目标分子之间的转移,这将为探索其它类似催化剂起到一定的帮助作用.     

NO在Ir(111)表面吸附与解离的第一性原理研究

本文系统研究了NO在Ir(111)表面的吸附,解离,以及可能的N_2生成机理.结果表明,顶位吸附的NO,其解离能垒较高(3.17 eV),不会发生解离,而三重Hcp和Fcc空位吸附的NO发生解离,能垒分别为1.23和1.28 eV.N_2是唯一的生成物,不会有副产物N_2O的产生.其最可能的反应路径为N和NO经过N_2O中间体而生成N_2,而不是直接N提取和N-N聚合产生N_2的机理.