沸石分子筛对CH4/H2的吸附与分离性能

基于分子模拟的高通量计算方法, 通过对199个沸石结构特征和吸附分离性能之间的关联性研究, 发现具有超微孔结构的沸石材料对CH4分子有良好的吸附分离性能, 等摩尔CH4/H2混合组份的CH4吸附选择性和单组份的CH4吸附量之间存在明显的线性关系. 通过使用巨正则蒙特卡罗模拟方法, 获得了3个孔道形沸石对CH4和H2的吸...     

氢气分子在沸石中的吸附模拟研究

采用巨正则蒙特卡罗方法模拟了氢气在沸石中的吸附行为,并采用Dubinin-Astakhov微孔分析方法,分析了沸石结构对储氢量大小的影响,总结了影响储氢量大小的物理因素,该工作有利于指导合理的设计与合成储存材料,为改善材料储氢能力提供了有力的理论支撑. 关键词： 储氢 吸附等温线 巨正则蒙特卡罗     

电场作用下S修饰C24N24从CO2/N2混合气体中选择性吸附

在燃烧后气体中选择性捕获CO2,对减缓因CO2浓度过高引发的环境问题具有十分重要的意义。本文采用第一性原理计算的方法,研究了外加电场作用下S修饰C24N24富勒烯对CO2的选择性吸附性能。首先研究了S@C24N24的结构和性质,发现其具有良好的稳定性。其次,研究了无电场时S修饰C24N24富勒烯对CO2的吸附行为,发现其吸附为弱的物理吸附。另外,进一步研究了外加电场作用下S@C24N24对CO2的吸附行为。结果表明,结合距离（CO2与S）和CO2的键角（O=C=O）随电场的增大而减小;当电场增加到0.018 au时,物理吸附转变为化学吸附。关闭电场时,化学吸附又转化为物理吸附。此外,即使在相同的电场条件下,S修饰C24N24富勒烯对N2的吸附也为弱的物理吸附。这表明,通过控制外加电场的开/关,S@C24N24可以从CO2/N2混合气体中选择性捕获/释放CO2,可作为选择性捕获CO2的优良候选材料。     

沸石类咪唑骨架材料吸附分离天然气的分子模拟

采用巨正则蒙特卡洛方法研究C₂H₆, CO₂和CH₄三种气体在两种沸石类咪唑骨架材料 (ZIF)-ZIF-2和ZIF-71中的吸附与分离性能. 考察了C₂H₆, CO₂和CH₄三种气体在ZIF-2和ZIF-71中的单组分吸附等温线、吸附热; C₂H₆-CH₄, CO₂-CH₄ 与C₂H₆-CO₂等摩尔二元混合物的分离; 以及C₂H₆-CO₂-CH₄三元体系的分离性能. 研究结果表明: 低压下不同气体的吸附量大小与其吸附热关系紧密; 而高压下因有限的孔空间, 尺寸较小的气体分子吸附量增长趋向更快; 多组分吸附分离中, 低压下能量效应通常占据主导, ZIF优先吸附作用力较强的组分; 高压下堆积效应影响显著, ZIF会优先吸附尺寸较小的组分. ZIF-2和ZIF-71对这3种二元体系的分离性能良好. 对于三元混合物吸附分离, 在常温下3000-4000kPa范围内, ZIF-2具有良好的天然气净化性能, 可有效地分离出天然气中的C₂H₆和CO₂. 关键词： 巨正则蒙特卡洛模拟 天然气分离 沸石类咪唑骨架     

结构与尺寸对碳纳米管物理吸附储氢的影响

采用巨正则蒙特卡罗方法,在298K和10MPa下,系统地研究了碳纳米管及其阵列的物理吸附储氢量与单壁管的管径、多壁管的层间距和管层数、单壁管阵列的管间距和排列方式的关系.发现单壁管的管径等于6nm时,管内的储氢密度达到最大;多壁管的层间距由034nm增大至061或088nm时,物理吸附储氢量明显增大;单壁管阵列的管间距等于17nm时,其管外间隙处的储氢密度达到最大,且方阵阵列优于三角阵列;当单壁管阵列的管间距大于06nm时,其管外的储氢密度均大于管内的储氢密度.指出合理地选择单壁管的管径、多壁管的层间距、单壁管阵列的管间距和排列方式,可以有效地提高碳纳米管及其阵列的物理吸附储氢量,并给出了相应的理论解释.     

H2在二维共价有机骨架上吸附的蒙特卡罗模拟研究

使用巨正则蒙特卡罗方法预测H2分子在六种具有不同结构和组分的二维共价有机骨架材料(2D COFs)中的物理吸附行为.研究结果表明:(1)在所研究的温度和压力范围内,ILCOF-1表现出最优异的氢存储性能,是目前2D COFs中储氢量最高的材料之一;其它5种COFs的储氢量低于其它2D COFs中储氢量较高的COF-5,-8,-10和TP-COF,而与COF-1,-6和Pc-PBBA COF相差不多.(2)与3D COFs相比,本文所研究的所有COFs的储氢量均低于目前储氢量最高的COF-105和COF-108;除ILCOF-1外,其它5种COFs材料均低于COF-102和COF-103.根据模拟计算的结果,分析了表面积、孔直径和等量吸附热等因素对COFs储氢性能的影响.对COFs储氢能力的强化提出了一些建设性意见.     

炭分子筛吸附分离甲烷/氮混合物研究进展

高效浓缩甲烷/氮气混合气中的甲烷是合理利用煤层气、油田气和垃圾填埋气等资源时面临的重要技术难题之一。甲烷与氮气分子存在着微小的、但可操作的动力学直径差异。文中分析了以炭分子筛作为吸附剂,采用变压吸附分离技术分离甲烷/氮气的可行性,对炭分子筛的吸附分离机理、国内外的研究进展以及混合气在炭分子筛吸附床上的吸附动力学模型进行了探讨,并指出了在这一技术应用方面的一些不足。     

温室气体CO2低温分离过程的研究

基于一套等温VLE的文献数据,本文首先以状态方程法,分别选用RKS、PSRK、PR、RKS-BM、PR-BM和UNIQUAC等热力学模型进行计算,考察了这些模型对CO2-H2体系适用性.结果发现RKS方程和PR方程适应性较好.对CO2-H2的低温分离工艺进行了模拟,并进行了热力学分析,每生产1 kg CO2需消耗425.83 kJ压缩功和496.79kJ的低温(-125℃)冷量.     

甲烷在不同分子筛中吸附的理论对比研究

使用巨正则蒙特卡罗方法研究了CH₄分子在MOR和MFI分子筛中的物理吸附行为, 主要对比研究了这两种分子筛对CH₄分子在不同温度和压强下的物理吸附量、等量吸附热、 分子筛和CH₄以及CH₄和CH₄分子之间的相互作用能等物理量. 研究结果表明:在所有的温度和压力下, MOR分子筛对CH₄分子的吸附性能均优于相应的MFI分子筛, 这表明它是一种比MFI吸附性能更优异的吸附剂材料.从CH₄在这两种分子筛中的等量吸附热随吸附量的变化关系,分子筛和CH₄以及CH₄和CH₄之间的相互作用能分布曲线等角度出发分析了二者有不同吸附行为的原因.     

CO2/丙烷混合工质管内流动沸腾换热的数值模拟

通过在FLURENT软件中植入相变UDF模块,实现了对混合工质流动沸腾换热的数值模拟.模拟对象为质量比50/50的CO2/丙烷混合工质在内径4 mm长1.4 m的光管和微肋管内的流动沸腾换热,工况如下,入口流速为0.487 m/s、入口温度为-5°C、操作压力为2.0928 MPa、壁面热流密度为100 kW/m2.对...     

CO—N2O反应的相应及其动力学特征的蒙特卡罗模拟研究

用蒙特卡罗方法模拟研究了单晶表面上ＣＯ－Ｎ２Ｏ的催化反应，模拟结果表明：（１）在没有速控步骤和不考虑表面物种的脱附和扩散的条件下，仅当Ｘ∞＝ＸＮＯ时，反应才能连续稳定进行；引入ＣＯ的脱附后，反应的稳态窗口变为ＸＮＯ〈ＸＣＯ〈１．０，当同时引入ＣＯ和Ｎ２Ｏ的脱附时，反应的稳态窗口进一步增大为０〈Ｘ∞〈１．０，（２）假定反应的速控步骤为Ｎ２Ｏ的解离时，模拟得到Ｎ２Ｏ和ＣＯ的反应级数分别为＋１．１２和－     

多壁碳纳米管储氢的物理吸附特性

采用巨正则蒙特卡罗方法 ,模拟常温、1 0MPa下氢在扶手椅型多壁壁碳纳米管中的物理吸附过程 .氢分子之间、氢分子与碳原子之间的相互作用采用Lennard Jones势能模型 .研究了双壁碳纳米管外 (内 )径固定而内 (外 )径改变时的物理吸附储氢情况 ,发现氢分子主要储存在双壁碳纳米管的管壁附近 ,当双壁碳纳米管的内外管壁间距由 0 .34nm增大到 0 .6 1或 0 .88nm时可有效增加物理吸附储氢量 ,并给出了相应的理论解释 .在此基础上 ,计算了管壁间距为 0 .34、0 .6 1和 0 .88nm时的三壁碳纳米管的物理吸附储氢量 ,并与相同条件下单壁和双壁碳纳米管的物理吸附储氢量作了比较 ,发现多壁碳纳米管的物理吸附储氢量随碳管层数的增加而减小 .     

CaO高温分离CO2过程的数值模拟

钙基吸收剂煅烧-碳酸化循环法(CCRs)是一种新兴的分离燃煤锅炉尾部烟气中CO2的方法.CaO与CO2碳酸化反应对于CCRs法的应用起着非常重要的作用.本文采用随机孔隙模型(RPM)对CaO与CO2碳酸化反应过程进行了研究,结果表明,适当提高CaO与CO2碳酸化反应的温度和系统压力,增加CaO吸收剂的初始孔隙率、优化CaO的初始比表面积等措施能够有效提高CaO碳酸化转化率和对CO2的吸收容量.     

氮化硼纳米管阵列储氢的计算机模拟

采用巨正则蒙特卡罗方法模拟常温、中等压强下单壁氮化硼纳米管阵列的物理吸附储氢,重点研究压强、纳米管阵列的管径和管间距对单壁氮化硼纳米管阵列物理吸附储氢的影响.计算结果表明,氮化硼纳米管阵列的储氢性能明显优于碳纳米管阵列,在常温和中等压强下的物理吸附储氢量(质量百分数)可以达到和超过美国能源部提出的商业标准.并给出相应的理论解释.     

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.     

基于热经济学的O2/CO2循环燃烧系统和MEA吸附系统的技术-经济评价

化石燃料(特别是煤炭)燃烧所产生的CO2已经越来越受到关注,O2/CO2循环燃烧方式和MEA(mono ethanol amine,单乙醇胺)吸附系统是两种重要的具有CO2减排特征的能量转换系统.本文以某电厂300 MW燃煤机组为基础,以过程仿真技术为平台,利用热经济学成本分析的方法对该机组的两种CO2减排方式(O2/CO2循环燃烧方式和MEA吸附方式)进行了技术-经济评价,并比较它们的经济性能.系统评价指标选定为系统的发电成本(cost of electricity)和CO2减排成本(CO2 avoidance costs).分析结果显示:无论是哪一个指标,O2/CO2循环燃烧系统都要比MEA吸附系统小一些,O2/CO2循环燃烧系统更经济、更可取.     

碳纳米管内水吸附行为及等量吸附热的巨正则Monte Carlo模拟

采用巨正则蒙特卡罗方法对单壁碳纳米管-水吸附体系进行计算模拟,通过对吸附和脱附等温线、局部密度分布、等量吸附热等进行表征,系统研究298 K时孔长、孔径以及表面强度对孔隙内水吸附行为的影响。结果表明：孔径效应对孔内水吸附行为影响显著,随着孔径逐渐增大,水分子先后以单链水、双链空心水环、水团簇的排列状态在孔内完成吸附。孔长在4～8 nm范围内时,随着孔长变大,发生吸附的初始压力越来越小,但当孔长增加到10 nm时,其对初始吸附压力的影响不再明显。最后,随着表面强度增大,发生水吸附的初始压力越来越小;同时,较小表面强度水分子的毛细蒸发相变过程瞬间完成,而当表面强度提高到40 K时,毛细蒸发相变过程则呈现出连续、逐渐完成的特点。     

超临界CO2在金属铀表面吸附的理论研究

依据实验数据,假定CO2在金属铀表面吸附氧化初期形成的吸附中间体为UCO2.根据密度泛函理论(DFT)的Becke3lyp方法计算得UCO2(C2v构型)分子的5A1态能量最低,这与用原子分子反应静力学与群论确定UCO2的基电子状态为5A1的结果一致.计算表明,CO2在金属铀表面的吸附是放热反应,其吸附量随着温度的升高而不断减少,其吸附热在1 atm下为51.68 kJ.mol-1,该值大于40 kJ.mol-1,故CO2在金属铀表面的吸附是化学吸附.     

O2/N2与O2/CO2条件下燃煤颗粒物的生成特性研究

将煤粉在O2/N2与O2/CO2条件下进行沉降炉燃烧实验,研究了燃煤颗粒物的质量粒径分布、生成浓度以及元素组成特性.研究结果表明,燃煤颗粒物均呈三模态粒径分布,气氛的改变不影响各模态的分布趋势.相同O2含量条件下,与O2/N2气氛相比,O2/CO2气氛中PM10和PM1的生成浓度均降低,PM1易挥发元素Na、K、S的含量升高,而难熔元素Si、Al、Mg、Ca、Fe的含量降低.随着O2浓度的增加,O2/N2燃烧气氛下PM10和PM1的生成浓度逐渐增加,O2/CO2燃烧气氛下PM10的生成浓度增加,而PM1的生成浓度先减小后增加.