超臨界CO-,2-及其混合物在多孔SiO-,2-中的分子模擬研究.pdf

1、目前，分子模擬技術在許多領域起著越來越重要的作用，如化學工程，材料工程，生物和醫(yī)藥等領域。它可以獲得研究體系的微觀結構、宏觀熱力學性質及傳遞性質，為流體在多孔材料中的吸附和擴散提供理論依據(jù)。本文的目的是采用分子動力學（MD）和巨正則蒙特卡洛（GCMC）模擬方法研究流體在孔中的性質。本論文的主要研究內容如下： 1．采用巨正則蒙特卡羅（GCMC）和分子動力學（MD）模擬方法研究了純組分CO2、苯以及苯/CO2混合物在全硅沸石（Sil

2、icalite）中的吸附平衡和動力學擴散性質。首先基于GCMC模擬從吸附等溫線，吸附熱，吸附位置，相互作用能等方面詳細研究了純組分CO2在全硅沸石Silicalite上的吸附性質，并與實驗結果進行了比較。此外，分別考察了不同壓力，溫度以及組成對苯/CO2混合物在Silicalite中吸附性質的影響。通過對吸附位置的統(tǒng)計表明，苯分子優(yōu)先選擇空間較大的通道交叉部分吸附。模擬結果表明超臨界CO2（SC-CO2）可以用于脫附Silicalite

3、沸石中的苯分子。此外，對純CO2以及苯/CO2混合物在沸石中的擴散性質的動力學（MD）模擬研究，表明共存的苯分子對CO2分子的擴散有很大阻礙作用，并且苯分子在沸石孔中幾乎是不動的。 2．采用分子動力學模擬（MD）方法模擬研究了無定形二氧化硅的結構和表面性質。模擬過程首先采用熔融-淬火的方法進行，模擬得到的無定形二氧化硅結構的徑向分布函數(shù)以及取向分布與文獻一致的。然后，采用高溫退火柔性化得到表面，該表面非橋氧（nb-O）濃度與文獻

4、模擬結果以及干氧氧化實驗得到的表面是一致的。 3．采用巨正則蒙特卡羅（GCMC）模擬，研究了無定形SiO2表面及狹縫對簡單Lennard-Jones流體行為的影響。同時為了了解表面曲率和原子對吸附性質的影響，本文也模擬了流體在富氧的方石英（β-cristobalite）晶體表面形成的狹縫中的行為。我們采用球形Lennard-Jones CO2作為測試分子。在模擬中，考察了不同溫度、縫寬、表面結構和性質對吸附性能的影響。研究的溫度

5、包括：T*=1.025、T*=1.501、T*=1.629；孔寬包括：10?、30?、50?。同時也統(tǒng)計得到了吸附/脫附等溫線，密度分布，平均相互作用能，表面結構和最小勢能分布。結果表明，迂回滯后線出現(xiàn)在低溫（T*=1.025），較寬的狹縫孔中；表面密度分布和能量分布是一致的。對比密度分布，能量分布，表面結構圖發(fā)現(xiàn)密度較小，能量較大的位置對應于無定形二氧化硅表面上氧原子特別是非橋氧的位置。 最后，為了了解受限流體的結構性質，我們