页岩矿物不同润湿性表征与吸附微观机理

无机矿物作为页岩气吸附的重要载体,其表面性质对甲烷吸附能力有着重要影响,而润湿性作为固体重要表面性质之一,对矿物气体吸附能力的影响不可忽视.文章以蒙脱石和石英作为研究对象,通过对矿物表面甲基化(-CH₃)和羟基化(-OH)处理来改变其润湿性,以探究无机矿物表面润湿性对甲烷吸附能力的影响.采用分子动力学方法研究矿物体系的润湿性,用接触角对润湿性进行定量表征,并构建纳米狭缝,结合巨正则蒙特卡罗方法模拟润湿性改变前后,CH₄在矿物中的吸附变化.研究结果表明,水滴在羟基化矿物表面迅速破裂并铺展在矿物表面,而在甲基化表面铺展程度较小,普遍呈半球形.羟基化蒙脱石和石英表面的润湿接触角分别为12.7°和26.5°,均小于其甲基化表面接触角62.5°和85.7°.甲基化矿物甲烷吸附量均高于其羟基化,气体几乎大都以吸附状态位于孔隙壁面,随着矿物亲水性的减弱,其对甲烷吸附能力增强.     

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.     

稀土X (X=La、Ce、Pr、Nd)修饰单层h-MoS2的NO气敏性

为提高h-MoS₂对NO的气敏性,采用第一性原理研究了X(X=La、Ce、Pr和Nd)对h-MoS₂的稳定性、吸附特性、功函数和伏安特性的影响.研究结果表明：X(X=La、Ce、Pr和Nd)取代Mo原子后得到的形成能均为负,说明掺杂体系容易形成且稳定存在.同时X掺杂后的h-MoS₂布居数相比于未掺杂前的大,也说明掺杂有利于体系稳定.NO吸附在La、Ce原子顶部位置的吸附能为-1.215 eV、-1.225 eV,吸附距离分别为2.475?、2.854?,具有明显的化学吸附特征.同时Hirshfeld转移电荷分别为0.213e和0.325e,具有明显的受体特征,提高了气敏性.La和Ce掺杂后能明显改变功函数的大小,也说明La和Ce能提高h-MoS₂对NO的气敏性.施加电场后能有效提高Pr掺杂体系的吸附强度,增大Hirshfeld转移电荷,对功函数的改变最大,所以电场对Pr掺杂体系的影响非常明显.通过分析掺杂体系的伏安特性曲线,La、Ce两掺杂体系的电流分别由0增大到5.3μA和4.8μA,而Pr、Nd...     

单原子Al修饰空位缺陷V2C（MXene）对H2气体表面吸附的第一性原理研究

基于第一性原理计算方法,对含空位缺陷的V₂C(MXene)在不同位点修饰单原子Al的相关性能进行系统研究.研究表明,几何优化后得到含空位缺陷的V₂C稳定结构表面能为-3075.53 J/m²,单原子Al修饰本征V₂C单原子的吸附能为1.5511eV、单原子Al修饰空位缺陷V₂C的吸附能为-2.0763 eV,这表明含空位缺陷的V₂C,由于单原子Al的修饰可以明显改善晶体结构稳定性.进一步从态密度、分波态密度、吸氢能力研究发现,各体系态密度和分波态密度均出现分波越过费米能级的现象,表现出较强的金属性;V₂C吸附H₂气体分子吸附能为-7.5867 eV,而空位缺陷V₂C和单原子Al修饰空位缺陷V₂C两个体系对H₂气体分子的吸附能仅为-0.9851 eV、-2.7130 eV,均未能进一步改善V₂C对H₂气体分...     

六角星形MoSe_2双层纳米片的制备及其光致发光性能

采用化学气相沉积法,以三氧化钼作为钼源,硒粉作为硒源,在H_2/Ar气氛下生长出硒化钼纳米片.扫描电镜、X射线衍射表征结果表明,MoSe_2产物呈六角星状,横向尺寸约10μm,具有很好的晶体质量和结构.拉曼光谱表征其结构,确定其为双层纳米片.研究表明,高温反应时间对双层纳米片的生长具有重要的影响.通过对双层纳米片的生长机理的探究,推测其经历了3个生长过程:在高温下,Mo源和Se源被气化成气态分子并发生硒化反应形成晶核;晶核呈三角形外延生长;当反应时间持续增加,在空间位阻效应的影响下,晶体以中心原子岛为核,外延耦合生长出第二层三角形,最终形成六角星状双层纳米片.光致发光光谱结果表明,六角星状MoSe_2双层纳米片在1.53 eV处具有直接带隙和1.78 eV处具有间接带隙,其较宽范围的激发光谱响应预测其在光电探测器件领域具有潜在的应用前景.     

通过不同烷基链取代调控喹吖啶酮分子在Ag(110)表面上的自组织结构

采用低能电子衍射、扫描隧道显微镜、第一性原理密度泛函理论计算以及分子力学计算,分别对不同烷基链取代的喹吖啶酮(QA)分子在Ag(110)基底上的吸附和生长进行了研究.QA和Ag基底的相互作用主要来自分子中O原子和Ag基底的共价键,它决定了分子的取向和最优吸附位置;而烷基链决定了分子吸附层的取向,QA分子间的排列可以通过烷基链的长度来调节.由此借助调节烷基链的长度,能够可控地制备具有不同物理性质的单层分子薄膜.     

稀土焦绿石化合物R2Fe4/3W2/3O7的高温高压稳定性研究和X射线相分析

 本文利用X射线粉末衍射和位敏探测技术，研究了R₂Fe_4/3W_2/3O₇（R=Er、Yb、Dy）化合物经高温高压处理后的变化情况。在3.7 GPa，1 200 ℃条件下，六方相R₂Fe_4/3W_2/3O₇化合物按两种方式分解，而直接由R₂O₃，Fe₂O₃和WO₃原料出发，经上述同样的高温高压条件合成所得的产物与六方相高温高压分解产物相同，均为R₂WO₆、RFeO₃、WO₃和Fe₂O₃的多相聚合物。同时给出了R₂Fe_4/3W_2/3O₇六方相高温高压下的稳定区范围。     

固定床气体吸附过程温升的计算模型

本文采用等温模型、非等温绝热模型和非等温定壁温模型对二氧化碳占10%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.结果表明三种模型计算的结果差别很大,非等温非绝热模型的分离效果,温升幅度均处于另两种模型之间,温度对吸附过程有着巨大的影响,必须考虑边界条件和吸附剂热物性的影响.采用非等温非平衡模型进行吸附过程模拟是最合理的.     

污泥生物淋滤过程中黄铁矾对重金属离子的吸附与共沉淀作用的模拟研究

生物淋滤处理可加速污泥中重金属(Zn,Cu和Cr)的溶出。但在淋滤后期,约有31%的已溶出的Cu2+被重新固持。并且,Cu2+浓度的再次下降与Fe3+沉淀形成黄铁矾的反应在时间上具有同步性。为阐明Cu2+固持机理,文章利用氧化亚铁硫杆菌的生物催化氧化作用,模拟生物淋滤环境在纯体系合成了黄铁矾。吸附试验表明,在pH 2.0～2.5的范围内(污泥生物淋滤过程中重金属溶出范围),黄铁矾对10 mg·L-1 Cu2+(该浓度与供试污泥生物淋滤中的Cu2+浓度相近)的吸附率低于9%,不能完全解释Cu2+的重新固持现象。共沉淀试验表明,Cu容易与黄铁矾形成共沉淀而掺入矿物的晶格。当Cu2+为10 mg·L-1时,约有44.6%的Cu2+与黄铁矾产生共沉淀而进入固相。可以认为,Cu与黄铁矾的共沉淀效应,是导致污泥生物淋滤后期Cu2+浓度再次下降的主要原因,黄铁矾对Cu2+的吸附只起极小的作用。