二维固定床双组分气体吸附的流动传热传质的数值模拟

本文建立固定床吸附过程中流动传热和传质模型,二氧化碳占20%的二氧化碳氮气双组分气体在吸附剂沸石13X上吸附过程进行了数值模拟,并对结果进行了分析.结果表明吸附过程中的温度变化是显著的,对吸附过程的传质影响巨大.通过改变吸附颗粒的大小和传热性能及改变流动过程,从而改变传热过程对吸附分离的影响是显著的.     

典型炭材料微观结构及SO2吸附机理研究

采用SEM和低温氮吸附方法研究了碳纳米管和活性炭的表面微观形貌及孔隙结构,通过固定床研究了炭材料SO₂吸附机理。研究结果表明:活性炭大孔直接暴露于表面,中孔和微孔分布于大孔内部,"聚合"是碳纳米管的重要特征;椰壳活性炭是微孔型吸附剂,煤基活性炭孔隙主要由微孔和大孔组成,碳纳米管氮吸附有明显的毛细凝聚现象,中孔和大孔是其孔隙主要组成;活性炭SO₂吸附过程受物理吸附控制,碳纳米管SO₂吸附不同于活性炭,同时受到物理吸附和化学吸附控制;孔径小于0.7 mm的微孔是炭材料SO₂吸附的主要场所。     

高比表面积石墨化生物炭吸附性能研究

以玉米秸秆为原料,ZnCl_2作为活化剂,FeCl_3作为石墨催化剂前驱体,通过同步活化石墨化的方法制备出多孔石墨化生物炭。利用亚甲基蓝吸附试验、N_2吸附-脱附、扫描电子显微镜对制备的多孔石墨化生物炭的吸附性能及生物炭表面微观结构、形貌特征进行了分析。实验结果表明当炭化温度为1000?C,浸渍比1:1、FeCl_3溶液用量为160 m L时制得的多孔石墨化生物炭吸附性最佳。温度升高会造成生物质炭内孔隙塌陷,从而使得平均孔径增大,比表面积下降,但是可以提高ZnCl_2造孔能力;浸渍比提高时,Zn~(2+)浓度的增加一方面会增强造孔能力,另一方面也会造成平均孔径增加,微孔数减少,限制整体的吸附能力;FeCl_3在低浓度下制备得到的生物质炭层状结构较少,影响材料的吸附性能。     

本征及掺杂石墨烯对2,3,7,8-四氯二苯并呋喃吸附机理的计算模拟研究

二噁英对人类和环境具有较高的毒性,因此,研制出有效的二噁英有机污染物的去除和检测方法尤为重要.本研究采用密度泛函理论模拟方法详细探讨了本征及Ti,Fe及Pt掺杂石墨烯对2,3,7,8-四氯二苯并呋喃(2,3,7,8-tetrachlorodibenzofuran,TCDF)二噁英污染物的吸附机理.研究结果表明,本征石墨烯及掺杂石墨烯表面对TCDF均有一定程度的吸附,而Ti和Fe掺杂石墨烯对TCDF的吸附远大于本征石墨烯对TCDF的吸附.主要原因是TCDF与本征石墨烯之间主要形成了π…π,C-H…π和C-Cl…π非共价的相互作用,而与掺杂石墨烯之间主要形成了metal-O共价相互作用.研究结果有望为石墨烯材料在二噁英污染物TCDF吸附方面的应用提供有价值的理论指导.     

空分纯化系统中CO_2与H_2O的吸附传质研究

空气预纯化系统中,为了更好地设计吸附器并保证纯化系统的安全运行,必须进行传质区长度和透过曲线的计算。本文基于透过曲线法,实验研究空气各组分浓度、入口温度、流量及竞争吸附等多因素耦合作用下,CO_2与H_2O在纯化器上的动态吸附特性。结果表明,空气各参数变化均会对CO_2在13X分子筛上吸附传质过程造成一定影响,其中空气入口温度是影响13X分子筛上CO_2传质区长度的最显著影响因素;空气中CO_2浓度对13X分子筛上CO_2传质区长度的影响呈负相关,而H_2O浓度对活性氧化铝上H_2O传质区长度的影响呈正相关,两者呈相反趋势。     

掺铁铌酸锂晶体第一性原理研究

利用第一性原理计算方法研究铁掺杂铌酸锂晶体的电子结构和光学性质，所有计算采用广义梯度近似下的平面波超软赝势方法，得到如下结论：掺杂产生的杂质能级，主要由铁的d轨道贡献。掺杂降低了电子跃迁所需能量，同时也降低了各原子的电子轨道能量。掺杂离子在晶体中既是电子的施主又是受主。铁的掺杂使铌酸锂晶体的能量损失函数有较大的增加，对光存储的效率有一定影响。铁的掺杂使晶体的光学性质在可见光低能范围发生变化，吸收谱在可见光区域产生吸收峰，有利于晶体全息存储的应用。     

密度泛函理论研究多巴胺在纯的,Fe和Ca掺杂的石墨烯材料表面的吸附机理

本论文用密度泛函理论方法研究了多巴胺在纯的,Fe和Ca掺杂的石墨烯上的吸附机理.通过它们之间的相互作用能,态密度,布局电荷,差分电荷密度分析发现多巴胺平行躺在纯的石墨烯表面主要是π…π,-CH…π相互作用,而垂直放在纯的石墨烯表面主要是-OH…π相互作用,这些都表现为典型的物理吸附.而Fe和Ca掺杂的石墨烯大大增强了多巴胺的吸附,主要体现为典型的化学吸附,因为掺杂金属原子与多巴胺的邻苯二酚羟基主要形成"bridge bidenate"or"monodenate"共价相互作用.而且我们发现"monodenate"共价作用不一定小于"bridge bidenate"共价作用,主要取决于相互作用原子之间最短距离的大小.研究结果有望为多巴胺-石墨烯基体系在生物组织工程,传感器方面的应用上提供有价值的理论指导.     

基于第一性原理的锂空气电池钌掺杂石墨烯正极 氧还原反应机理研究

双电解液锂空气电池因其高理论能量密度受到广泛研究,但电池正极侧氧还原反应(ORR)速率低,其反应速率是限制锂空气电池发展的主要因素之一.本文提出了以钌(Ru)掺杂单层石墨烯作为正极ORR催化剂,采用第一性原理计算nRu (n=1～3)掺杂石墨烯的电子结构和氧气在Ru掺杂石墨烯表面的吸附性能,并以过渡态搜索方法获得ORR反应路径,研究碱性溶液中Ru掺杂单层石墨烯作用下的ORR机理.研究结果表明,经Ru原子掺杂后,石墨烯能够获得稳定的掺杂结构,且电导率显著提升.同原始单层石墨烯相比,Ru掺杂石墨烯增强了对O₂的吸附能力.在三Ru(n=3)掺杂石墨烯表面进行的ORR无需克服任何能垒.此外,三Ru掺杂石墨烯表面对OH基团的吸附能最低,有利于ORR的连续进行.研究表明三Ru掺杂石墨烯有望成为一种新型的ORR催化剂以提高双电解液锂空气电池的性能.     

酸洗处理对生物质炭表面吸附特性及光谱特性的影响

生物质炭表面灰分的存在会严重影响生物质炭的表面结构特性及吸附能力。采用HCl-HF对400和600 ℃两种温度制备的玉米秸秆生物质炭进行酸洗处理,去除生物质炭表面的灰分。通过对比酸洗前后玉米秸秆生物质炭的元素含量、比表面积、孔径分布、红外光谱分析图和吸附平衡试验结果探究酸洗处理对生物质炭表面吸附特性和光谱特性的影响。结果表明：酸洗处理能有效去除生物质炭表面存在的无机盐、焦油等一系列副产物,显著改变生物质炭的表面结构特性,提高生物质炭的吸附性能。(1)酸洗后生物质炭的碳含量相对增加,疏水性及芳香官能团含量增加,极性降低;(2)酸洗处理显著增加了生物质炭的比表面积,处理后炭比表面积分别增加了3.46倍和6.75倍;酸洗还显著提高了生物质炭的孔容及介孔含量,从而大大增加了生物质炭的吸附能力;(3)两种生物质炭酸洗前后的红外光谱上关键官能团峰强差异显著,尤其在3 398～3 447,2 924～3 056,1 378～1 439 cm-1范围内,酸洗后生物质炭的振动峰强度显著减小,表明生物质炭在酸洗后其表面脂肪结构和羟基减少。(4)酸洗前后的吸附试验表明,酸洗处理能够去除炭表面的灰分,增加生物质炭的吸附位点,进而提高其对2,4-D的吸附量。     

密度泛函理论研究草甘膦在纯的, 金属原子掺杂石墨烯表面的吸附机理

本研究采用密度泛函理论方法详细讨论了纯的石墨烯及Ti, Fe, Al, Ca原子掺杂石墨烯吸附草甘膦的机理.通过它们之间的吸附能,差分电荷密度,布居电荷,态密度分析发现草甘膦可以被纯的石墨烯及金属原子掺杂石墨烯不同程度地吸附.纯的石墨烯对草甘膦的吸附作用远不及掺杂石墨烯,其中,草甘膦在Ca掺杂石墨烯表面有最强相互作用.这是因为草甘膦与纯的石墨烯之间主要形成了-P=O…π,-COOH…π和-OH…π非共价的相互作用,而与掺杂石墨烯之间主要形成了Metal-O“单齿”和O-Metal-O“双齿”共价相互作用.本研究结果希冀为石墨烯在环境保护方面的应用提供有价值的理论指导.     

基于生物炭载体催化剂的生物油重整制氢研究

本文以柳按生物质为原料,通过热裂解手段制得生物油及其副产物生物炭。通过化学活化对生物炭的表面性质进行改善。采用扫描电镜进行表征,研究表明活化炭经处理后的表面出现了大量孔隙结构。采用氮气物理吸附检测表明活化炭的孔结构主要集中在10 nm以下,4 nm附近。将活性金属Ni负载于活化后的生物炭上制得重整催化剂,并在生物油模化物重整制氢中表现出了良好的反应活性。尤其在高温段,在700℃时氢气产率接近100%。     

Au在Zr掺杂的CeO2(110)面吸附的第一性原理研究

采用基于广义梯度近似的投影缀加平面波(projector augmented wave)雁势和具有三维周期性边界条件的超晶胞模型,用第一性原理方法,计算并分析了Au在CeO2(110)和Zr掺杂的CeO2(110) 面的吸附能,吸附结构和电子结构等特征.从而得出Zr掺杂对Au/ CeO2(110)吸附体系的影响.结果表明:Zr的掺杂增大了Au在CeO2(110) 面的吸附能,并改变了最强吸附位置,且导致了吸附体系中衬底结构较大的变化;Zr的掺杂使吸附体系引入了更为复杂的间隙态,使得Zr掺杂的吸附体系有更好的催化活性;Zr的掺杂使吸附原子Au的氧化程度加强,由无掺杂吸附体系中Au得到电子变为Zr掺杂吸附体系中的Au失去电子.以上结果有助于人们更清楚地了解三元催化剂中Zr掺杂的影响以及贵金属Au与CeO2-ZrO2混合氧化物的协同作用机理.     

稀土元素Gd掺杂CeO2(111)面储释氧性能的第一性原理研究

本文采用第一性原理平面波超软赝势方法,研究了Gd掺杂CeO2改性材料应用于固体氧化物电池电解质时的表面储释氧性能。对比研究了三种表面覆盖率Ce1-xGdxO2 x= 0,0.10, 0.15下掺杂元素Gd对CeO2的晶体结构、电子结构、氧缺陷形成过程以及表面积碳过程的影响。计算给出了相应掺杂比例下的氧缺陷形成能以及晶体表面吸附石墨烯的吸附能;结果表明：随着掺杂量的增大,氧缺陷形成能减小,晶体表面对石墨烯的吸附能增大;分析掺杂前后改性催化材料的电子结构的变化;说明Gd掺杂会导致CeO2晶体表面结构畸变收缩,有效活化表面氧,同时利用化学平衡原理证明了Gd掺杂后的催化材料可以有效抑制表面碳沉积。从理论的角度解释了Gd掺杂CeO2改性材料在固体氧化物电解质应用中的优势。     

超声波对合成介孔材料Al-MCM-41的有序度的影响

在超声频率为20 kHz,电功率为500 W的超声波作用下,分别以Al（NO₃）₃和Al₂ （SO₄）₃做铝源合成了具有不同Si/Al比的Al-MCM-41。XRD结果显示,尽管超声波作用下,掺杂杂原子Al也要降低介孔材料的有序度,但其有序度降低的程度比普通水热法要小,超声波的辅助可以在同样反应时间内得到比普通水热法具有更高有序度的Al-MCM-41,即在掺杂过程中,超声波要比普通搅拌有利于介孔材料保持其骨架稳定性。此外考察了超声波作用时间对产品有序度和粒度的影响。     

掺杂聚乙炔中的电荷转移与孤子、极化子等非线性元激发

导电聚合物中的π电子可以通过掺杂离子的桥梁作用及链间耦合作用在链与链之间转移.在给定掺杂离子浓度下,研究了聚乙炔链的基态,孤子,极化子等非线性激发态与链上净电荷之间的关系.指出了Peierls电子-声子相互作用、掺杂离子与π电子的库仑相互作用等对体系的不同影响. 关键词：     

电场作用下P掺杂硅烯选择性吸附CH_4的第一性原理计算

在煤层气中选择性吸附和捕捉甲烷分子,对提高煤矿安全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P掺杂硅烯对甲烷分子的选择性吸附性能.结果表明:正电场作用下,P掺杂硅烯与甲烷分子之间产生较强的化学吸附,能够快速捕获甲烷分子.当关闭外加电场时,P掺杂硅烯与甲烷分子之间则为微弱的物理吸附,甲烷分子很容易实现脱附.同时还发现,外加电场作用下,P掺杂硅烯与氮气、氧气及水之间的吸附均属于物理吸附,表明P掺杂硅烯可以在这些混合气体中实现甲烷气体的选择性吸附. P掺杂硅烯有望成为选择性好的甲烷传感、捕获新材料.     

稀土元素Gd掺杂CeO_2(111)面储释氧性能的第一性原理研究

本文采用第一性原理平面波超软赝势方法,研究了Gd掺杂Ce O2改性材料应用于固体氧化物电池电解质时的表面储释氧性能.对比研究了三种表面覆盖率Ce1-xGdxO2(x=0,0.10,0.15)下掺杂元素Gd对Ce O2的晶体结构、电子结构、氧缺陷形成过程以及表面积碳过程的影响.计算给出了相应掺杂比例下的氧缺陷形成能以及晶体表面吸附石墨烯的吸附能;结果表明:随着掺杂量的增大,氧缺陷形成能减小,晶体表面对石墨烯的吸附能增大;分析掺杂前后改性催化材料的电子结构的变化;说明Gd掺杂会导致Ce O2晶体表面结构畸变收缩,有效活化表面氧,同时利用化学平衡原理证明了Gd掺杂后的催化材料可以有效抑制表面碳沉积.从理论的角度解释了Gd掺杂Ce O2改性材料在固体氧化物电解质应用中的优势.     

表面非金属掺杂对锐钛矿相TiO2(101) 面吸附NH3特性的影响

采用基于密度泛函理论(DFT-D)体系下的第一性原理平面波超软赝势方法,研究了被不同非金属（B、C、N、F）掺杂的TiO2(101)表面吸附NH3的特性与作用机理。研究发现：被非金属掺杂后的表面对NH3的吸附效果要优于未掺杂表面。不同元素掺杂对比发现：C掺杂后的表面吸附能最大,稳定后吸附距离最小,为最稳定吸附结构。通过Mulliken电荷分布和分态密度的分析,得到了不同吸附条件下NH3在TiO2掺杂表面的催化氧化还原作用机理,并发现各模型吸附能的不同是由于掺杂（X）位原子与NH3分子的相互作用强弱不同所造成。掺杂原子在费米面附近的电子态密度贡献越强,掺杂原子与NH3分子电荷转移的净值越小,吸附距离越小,吸附能越大,吸附更稳定。     

密度泛函理论研究多巴胺在纯的, Fe和Ca掺杂石墨烯材料表面的吸附机理

本论文用密度泛函理论方法研究了多巴胺在纯的, Fe和Ca掺杂的石墨烯上的吸附机理. 通过它们之间的相互作用能, 态密度, 布局电荷, 差分电荷密度分析发现多巴胺平行躺在纯的石墨烯表面主要是π•••π, -CH•••π相互作用, 而垂直放在纯的石墨烯表面主要是-OH•••π相互作用, 这些都表现为典型的物理吸附. 而Fe和Ca掺杂的石墨烯大大增强了多巴胺的吸附, 主要体现为典型的化学吸附, 因为掺杂金属原子与多巴胺的邻苯二酚羟基主要形成“bridge bidenate” or “monodenate”共价相互作用. 而且我们发现“monodenate”共价作用不一定小于“bridge bidenate”共价作用, 主要取决于相互作用原子之间最短距离的大小. 研究结果有望为多巴胺-石墨烯基体系在生物组织工程, 传感器方面的应用上提供有价值的理论指导.     

Fe,Co,Ni掺杂石墨烯表面吸附C_2H_4的第一性原理研究

基于密度泛函理论(DFT)的广义梯度近似(GGA),本文对本征石墨烯以及掺杂Fe,Co,Ni石墨烯的几何结构和电子性质进行了优化计算,并计算了C_2H_4在本征石墨烯以及掺杂石墨烯表面的吸附过程,讨论了体系的吸附能、稳定性、DOS及掺杂对键长的影响.结果表明C_2H_4在本征石墨烯B位的吸附和掺杂石墨烯的吸附为化学吸附,在本征石墨烯T和H位的吸附为物理吸附;掺杂后石墨烯的比表面积增大,与本征石墨烯相比,掺杂使费米能级附近的态密度积分显著提高,表明掺杂石墨烯的电导性会发生变化,从而影响对C_2H_4的气敏度..C_2H_4在Fe、Co、Ni分别掺石墨烯的最佳吸附位为T位、H位和B位;掺杂Fe,Ni后体系的吸附能力显著提高,且掺杂Ni时体系的吸附能力最好.