H在Mg(0001)表面吸附、解离和扩散的第一性原理研究

采用基于密度泛函的第一性原理方法, 同时结合Nudged Elastic Band方法, 系统研究了H2分子和H原子在Mg(0001)表面的吸附过程. 给出了H2分子的解离路径和势垒, 结果表明H2分子的吸附过程中仅存在物理吸附; 在给出H原子在Mg(0001)表面的吸附势能面的基础上, 进一步研究了H原子在Mg(0001)表面及体内的扩散过程. 计算发现, Mg(0001) slab存在表面效应, 且对H原子的表面扩散影响较明显. 在此基础上, 通过比较解离、扩散和放氢环节的激活能数据, 为H2分子的解离和氢化物的放氢过程是速控步骤这一结论提供了理论支持.     

磷型萃淋树脂吸附MoO2^2＋的扩散动力学研究

考察了酸性含磷萃淋树脂CL—P204、CL—P507、CL—P5709吸附MoO_2~(2+)过程的扩散动力学,确定了MoO_2~(2+)在三种树脂上的交换属粒内扩散速控,符合G.E.Boyd模型,测定了扩散速率常数和扩散活化能。     

氢在Mg_2Ni(100)面的吸附及扩散

运用第一性原理研究氢在清洁和掺杂Al的Mg2Ni(100)面的吸附及扩散.在清洁Mg2Ni(100)表面,氢原子可稳定地吸附于Mg-Ni桥位和Mg-Mg桥位,吸附能为1.19-1.52eV.在掺杂Al的Mg2Ni(100)表面,氢原子可稳定吸附于Al-Ni、Mg-Ni、Mg-Al桥位,吸附能为0.10-0.29eV.氢在掺杂Al的Mg2Ni(100)表面的吸附能低于其在清洁表面的吸附能,说明掺杂Al后氢原子与表面的相互作用减弱.过渡态计算结果表明,氢原子由清洁的Mg2Ni(100)面及掺杂Al的Mg2Ni(100)面扩散至次表层的势垒分别为0.59及-0.04eV,掺杂Al后氢原子的扩散势垒降低,说明氢原子更易由掺杂Al表面扩散至次表层.Al原子替代Mg2Ni(100)面的Mg原子减弱氢原子与表面的相互作用,降低氢原子由表层扩散至次表层的势垒,这可能是Mg2Ni合金掺杂Al可改善其吸氢动力学性能的主要原因之一.     

全互穿网络温敏海藻酸锆凝胶球的磷吸附性能

制备了具有温敏性的全互穿网络聚(N-异丙基丙烯酰胺)/海藻酸锆凝胶球(PNIPAM/Alg-Zr),探究了其吸附回收水中磷的性能.结果发现,吸附性能受到pH、温度和共存离子因素的影响.酸性条件(pH=2)下可获得最大吸附量(30.42 mg/L).低温有利于获得较高吸附量.SO_4~(2-)对吸附磷的过程有一定的干扰,但增加SO_4~(2-)浓度对吸附性能的影响不大.吸附动力学更符合准二级动力学模型,为表面扩散和内部颗粒扩散所控制.Freundlich模型能更好地拟合等温吸附数据.吸附磷后的PNIPAM/Alg-Zr在较高温度刺激下可获得更快的脱附速率,并且5次循环再生后保持稳定的吸附性能.通过零点电荷pH(pHpzc)和X射线光电子能谱分析,推测其吸附机理为静电吸附和配位交换.PNIPAM/Alg-Zr呈现良好的柱吸附特点,可用Thomas模型进行模拟.     

CO在α-U(001)表面的吸附

采用密度泛函理论中的广义梯度近似,计算了CO在α-U(001)表面的吸附、解离和扩散.结果表明:CO分子以CU3OU2构型化学吸附在α-U(001)表面,吸附能为1.78-1.99eV;吸附后表层U原子向上迁移,伴随着褶皱的产生;CO分子与表面U原子的相互作用主要是U原子的电子向CO分子最低空轨道2π*转移,以及CO2π*/5σ/1π-U6d轨道间杂化而生成新的化学键;CO解离吸附较分子吸附在能量上更为有利,h1(C)+h2(O)和h1(C)+h1(O)(h:空位)解离态吸附能分别为2.71和3.08eV;近邻三重穴位之间C、O原子的扩散能垒分别为0.57和0.14eV,预示O原子较C原子更易在U(001)表面扩散迁移.     

石墨烯/纳米管复合结构吸附分离CO2/CH4混合物的分子模拟

采用巨正则蒙特卡洛(GCMC)及分子动力学(MD)方法探讨了石墨烯/碳纳米管三维骨架结构(GNHS)对等摩尔CO₂/CH₄二元混合物的吸附分离性能. 模拟结果表明CO₂比CH₄更易吸附于GNHS中, GNHS与(6, 6)SWCNT (单壁碳纳米管)相比具有更高的分离性能. 随着温度升高, CO₂的吸附量快速降低, 而CH₄的吸附量则呈现出先升高后降低的趋势. 最后采用分子动力学方法计算了CO₂与CH₄的自扩散系数及停留时间等动力学相关参数, 发现CO₂在GNHS内扩散的阻力更大. 而各组分在吸附剂外部吸附层内的扩散过程对混合物的分离也存在一定影响.     

Cu~(2+)和Ni~(2+)在磁性高岭土上的吸附动力学和热力学研究

通过Cu~(2+)或Ni~(2+)单一体系和竞争体系的吸附实验,研究了Cu~(2+)和Ni~(2+)在磁性高岭土上的竞争吸附动力学和热力学。实验结果表明,二级动力学方程和颗粒内扩散方程能较好地拟合Cu~(2+)和Ni~(2+)在磁性高岭土上的单一吸附和竞争吸附,吸附过程主要由化学吸附控制,吸附颗粒内扩散过程是该吸附速率的控制步骤,但不是唯一的速率控制步骤,吸附速率同时还受颗粒外扩散过程(如表面吸附和液膜扩散)的控制。Langmuir吸附等温方程能更好地拟合磁性高岭土对Cu~(2+)和Ni~(2+)的吸附,在单一体系和竞争体系中,磁性高岭土对Cu~(2+)和Ni~(2+)的吸附都是优惠吸附;在竞争体系中,磁性高岭土对Cu~(2+)和Ni~(2+)的吸附量均有所减弱,但Ni~(2+)的吸附量下降更明显,且对Cu~(2+)的吸附能力大于Ni~(2+)。热力学参数表明,Cu~(2+)和Ni~(2+)在磁性高岭土上的竞争吸附是自发、吸热和熵值增加过程,有竞争离子存在时会影响吸附热力学特性。     

胸腺五肽在NH-1树脂上的离子交换过程研究

研究了胸腺五肽(TP5)在NH-1树脂上的离子交换过程.结果表明,在pH 2.O的条件下,其等温吸附过程符合Langmuir等温吸附方程,最大吸附量为221.07mg/g wet resin;静态吸附动力学的研究结果显示,NH-1树脂对TP5的吸附过程主要受颗粒扩散控制影响,TP5的颗粒内扩散系数为4.50×10-9cm2/s;对比Nernst-Planck与Fick动力学模型,可用Fick动力学模型来描述TP5在NH-1树脂内的颗粒扩散行为,其有效扩散系数为5.58×10-9cm2/s;采用固定床吸附数学模型,对TP5离子交换柱行为进行模拟,该数学模型考虑了颗粒扩散、轴向返混、非线性平衡以及液膜扩散.结果显示,模拟数据与实验结果具有较好的符合.     

金的离子交换与吸附化学——Ⅱ.大孔交联聚甲基丙烯酸酯 MET-802对 AuCl_4~-的吸附及解吸动力学

研究了大孔交联聚甲基丙烯酸酯树脂(相当于 Amberlite-XAD-7)吸附和解吸 AuCl_4~-的动力学.结果表明,两种过程均由液膜扩散转向粒内扩散主控.HCl 浓度对吸附 AuCl_4~-过程影响甚微,25℃时的■_(AuCl_4~-)=4.4×10~(-8)cm~2·s~(-1),扩散活化能△E_a=-13.0kJ·mol~(-1);研究了 HCl-硫脲为解吸剂时的动力学,表明液膜扩散常数 R 和粒内扩散常数 B 对树脂半径γ_0的关系服从 Boyd 方程.     

几种聚合物改性硅胶对苯胺的吸附性能研究

研究了聚乙烯基吡啶改性硅胶(PVP/SiO2)、聚苯乙烯改性硅胶(PS/SiO2)、胺化聚苯乙烯改性硅胶(PS-NH2/SiO2)等3种有机-无机复合材料吸附剂对苯胺的吸附行为。吸附动力学研究表明,3种吸附剂对苯胺的吸附均符合准二级动力学方程。对其粒内扩散模型模拟的结果表明,在3种吸附过程中液膜扩散为主要速率控制步骤。用Langmuir等温吸附方程式和Freundlich等温吸附方程式对其吸附等温线进行了拟合,结果表明,PVP/SiO2、PS/SiO2对苯胺的吸附符合Freundlich等温吸附方程式。     

分子模拟研究微孔材料对光气吸附扩散性能的影响及材料筛选

利用分子模拟的方法研究了微量光气(COCl₂)在微孔材料中的吸附和扩散性能, 并分析了材料结构的影响. 结果表明, 光气在金属有机框架材料(MOF)和共价有机框架材料(COF)中的吸附等温线主要表现为第Ⅰ类型和第Ⅴ类型吸附. 当光气压力较低时, COF材料和含有开放金属位点的材料对其吸附性能较好. 通过对不同压力下吸附量的比较发现, 吸附达到饱和前, 随着压力和孔隙率(VF)的升高, 材料对光气的吸附量增大. 通过分子动力学模拟研究光气在微孔材料中的扩散性能发现, 较强吸附位点的存在不利于光气在孔道中的扩散. 通过气体分子在材料中的径向函数分布图及模拟轨迹分析发现, 分子协同效应和空间位阻效应相互竞争决定了扩散速率的快慢. 综合评价材料的吸附和扩散性能发现, COF-102, COF-300, ZnMOF-74, Zn-DOBDC和PCN-60是理想的吸附材料, 这些材料可以应用于环境中光气泄漏的防治.     

氨基酸螯合吸附树脂对苯酚的吸附行为研究

合成了一种L-酪氨酸修饰的螯合吸附树脂(AJS-02),并与超高交联树脂NDA-150作对比,研究了其对苯酚的吸附和脱附行为.静态实验结果表明,在研究的浓度范围内,吸附平衡数据符合Langmuir等温吸附方程且吸附为放热过程.溶液的初始浓度为100 mg/L、吸附温度为288 K时,苯酚在AJS-02和NDA-150上的平衡吸附量分别为76.98和91.97 mg/g,苯酚在两种树脂上的吸附是比表面积和表面官能团共同作用的结果.动力学数据表明吸附动力学符合液膜扩散方程和颗粒内扩散方程,液膜扩散为吸附速率的主要控制步骤.动态吸附-脱附实验表明,AJS-02树脂对苯酚的动态穿透吸附量和饱和吸附量分别为5.26×10-2和6.60×10-2mmol/mL,采用95%乙醇作脱附剂,脱附率可达91.5%以上.     

分子动力学方法模拟不同温度下铀酰在叶腊石上的吸附和扩散行为

采用分子动力学方法研究了铀酰在叶腊石表面的吸附和扩散。在碳酸根离子存在的情况下,探究了温度对铀酰吸附和扩散的影响。碳酸根离子与铀酰存在较强的作用力,不同数目的碳酸根离子与铀酰结合会形成多种铀酰种态。在不同温度的模拟中,得到了UO_2~(2+)、UO_2CO_3、UO_2(CO_3)_2~(2-)、UO_2(CO_3)_3~(4-)四种铀酰种态和铀酰聚合物。通过原子密度图,观察了粒子在溶液中的分布情况。发现UO_2~(2+)+和UO_2CO_3容易吸附在叶腊石上,而UO_2(CO_3)_2~(2-)和UO_2(CO_3)_3~(4-)主要存在于扩散层中。随着时间的推移,越来越多的碳酸根离子与铀酰配位,使得铀酰在叶腊石上的吸附逐渐减少。本文计算了不同温度下,各铀酰种态的扩散系数。在扩散层中,各种态的扩散系数随温度的变化较为一致,而在吸附层中,UO_2~(2+)和UO_2CO_3的扩散速率随温度的变化较UO_2(CO_3)_2~(2-)和UO_2(CO_3)_3~(4-)慢。但是在同一温度下,同一个吸附层或扩散层中,铀酰种态的扩散系数大小顺序始终保持不变:UO_2~(2+)UO_2CO_3UO_2(CO_3)_2~(2-)UO_2(CO_3)_3~(4-)。说明在碳酸根存在的情况下,UO_2~(2+)可能是主要的扩散形式。     

疏水高分子单链在疏水表面上吸附和扩散过程的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究不同聚合度(N)的聚乙烯(PE)单链在Si(111)表面上的吸附和扩散行为. 分别设置相对介电常数为1和78模拟无溶剂和不良溶剂环境. PE单链的平衡吸附构象均呈现为二维吸附构象, 但在这两种截然不同的环境中呈现不同的构象和动力学特征, 说明溶剂环境对于疏水高分子单链在疏水表面上的吸附和扩散起到了很大的作用. 吸附能与聚合度呈线性关系, 单位链长的平均吸附能是-0.38 kJ·mol^-1. 另外, 扩散系数(D)与聚合度之间的标度关系是D~N^-3/2.     

H原子在Ru(111)台阶面上的吸附位和吸附态

利用原子和表面簇合物相互作用的五参数 Morse势方法 (简称 5 -MP)研究了 H-Ru( 1 1 2 1 )台阶面吸附体系 ,并利用推广的 LEPS方法研究了 2 H-Ru( 1 1 2 1 )体系 ,探讨了表面吸附态之间的相互作用 .研究结果表明 ,H原子在开放的 Ru( 1 1 2 1 )台阶面表面上的晶胞存在 4种不等价的表面三重吸附态 .还存在两类与表面有直接扩散通道的内层吸附态 .理论分析表明 ,TDS实验出现的 α态是与内层吸附态有强相互作用的强排斥表面吸附态 ,β态为弱排斥表面吸附态 ,而 γ态为与内层吸附态无相互作用的表面吸附态 .实验上将 α态归属为四重吸附态的推测没有获得理论结果的支持 .     

纳米TiO_2粒径、孔径对酸性紫43吸附动力学与热力学行为的影响

探究锐钛型纳米TiO2粒径(5-10、25、40、60、100nm)及孔径(96,120,134,143,52)对染料废水(酸性紫43)吸附动力学与热力学行为的影响。假二级方程和准一级方程分别能准确描述TiO2粒径≤100nm吸附动力学过程。经Weber-Morris和Dumwald-Wagner扩散模型分析,吸附速率由膜扩散和内扩散共同控制并受粒径影响。吸附热力学符合Langmuir等温吸附方程,最大吸附量(Qmax)与孔径正相关,与粒径无关,60nm TiO2孔径最大,吸附效果最好,Qm可达104.17mg/g;参数40kJ/mol△H0,吉布斯自由能△G0,受温度影响不大,说明吸附过程是自发的吸热反应,以物理吸附为主。     

吸附质大小对吸附树脂粒内扩散行为的影响(Ⅰ)——大孔聚苯乙烯型吸附树脂粒内扩散机制的考察

本文详细考察了大孔聚苯乙烯型吸附树脂对不同大小吸附质分子的吸附动力学行为,当吸附过程为粒扩散控制时,树脂孔径与分子尺寸的相对大小不仅决定了粒扩散速度的大小,也影响了粒扩散的控制机制.随着吸附质分子尺寸的增加,决定粒扩散速度的控速步骤也逐渐由表面扩散转向孔扩散。此外,还利用建立的扩散方程,测定了树脂吸附不间大小的吸附质时的粒扩散常数B和有效粒扩散系数De。     

一种确定煤基吸附剂内各扩散系数的简易方法

多孔介质内的扩散有分子扩散和表面扩散两种。在吸附温度较高时 ,表面扩散可忽略 ,而在温度较低的吸附过程中 ,两种扩散均须考虑。Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ和Ｓｍｉｔｈ[1 ] 曾用色谱法探讨了一种计算扩散系数的方法。他们认为等温吸附呈线性变化 ,引入了曲折系数 ,计算出分子扩散系数 (下称气相扩散系数 ) ,表面扩散系数 (下称吸附相扩散系数 )则由综合扩散系数减去分子扩散系数得到。文献 [2 ]则认为吸附过程非线性变化 ,服从Ｆｒｕｎｄｌｉｃｈ方程或Ｌａｎｇｍｕｉｒ方程。从质量平衡方程得出相对吸附量方程 ,再求出各扩散系数。前一种方法将…     

纳米TiO2去除氟离子的性能

研究了锐钛型纳米TiO2吸附剂对氟离子的吸附行为,考察了吸附平衡时间、温度、溶液的pH值等因素对吸附过程的影响.结果表明,纳米TiO2对氟离子的吸附在2.0 min基本达到平衡,在pH值2.0～10.0范围内,吸附率大于97％;吸附的氟离子可用0.1 mol/L NaOH溶液洗脱,3.0 min基本达到解析平衡,解析率能达到96％;该吸附过程符合准二级反应动力学模型,其反应的表观活化能(Ea)为6.85 kJ/mol;颗粒内扩散过程为吸附控制步骤,但不是唯一的控制步骤,同时还受液膜扩散的影响;吸附过程符合Langmuir、D-R等温模型,常温下纳米TiO2对氟离子的平均吸附能为4.26 kJ/mol.吸附反应的△G0＜0,焓变△H0＞0,说明该吸附过程是自发的吸热反应.共存阴离子HCO3-和pO43-对氟离子的吸附有影响.纳米TiO2在动态和静态吸附实验中的除氟效果相近.     

氢原子在Ru(0001)和Ru(100)面上吸附扩散势能面的结构

本文构造了H—Ru相互作用的五参数Morse势,用经典的对势方法研究了氢原子在Ru(0001)和RU(1010)面上的吸附和扩散,得到了氢原子在两个表面上的吸附位、吸附几何、结合能及本征振动等数据与实验结果符合得很好;同时研究了两个体系的吸附扩散势能面结构.