HC1和N2在MCM-41中的吸附與擴(kuò)散.pdf

1、隨著科技的發(fā)展與人類的進(jìn)步，氣體分離技術(shù)被應(yīng)用于越來(lái)越廣泛的場(chǎng)合，隨著生產(chǎn)需求的增多，發(fā)明了很多新的分離方法，其中變壓吸附分離備受關(guān)注。對(duì)于變壓吸附的研究中，開(kāi)發(fā)合理、高效的吸附劑尤為重要。近年來(lái)，MCM-41作為一種極性吸附劑，受到了廣泛的關(guān)注。本文介紹了介孔分子篩MCM-41從它第一次被合成以來(lái)由于它具有規(guī)則且較大的孔徑和比表面積，被廣泛應(yīng)用于藥物傳遞、重油脫硫、石化行業(yè)中作為催化劑、吸附分離等領(lǐng)域。本文以MCM-41為模型，使用M

2、aterials Studio軟件，采用計(jì)算機(jī)模擬方法，包括:巨正則蒙特卡羅模擬(GCMC)和分子動(dòng)力學(xué)模擬(MD)方法，分別分析了N2、HCl及其混合氣體在MCM-41介孔分子篩中的吸附與擴(kuò)散性質(zhì)，討論了不同溫度下MCM-41對(duì)這兩種氣體的分離性能。
　　在吸附方面，分別模擬了溫度為83K、173K、298K，壓力為100kPa-1000kPa時(shí)MCM-41介孔分子篩對(duì)N2、HCl及其混合氣體的吸附情況，并對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合

3、，分別得到Langmuir吸附等溫線。模擬結(jié)果顯示:吸附單一組分氣體時(shí)，HCl和N2在83K時(shí)的吸附量都比298K時(shí)的吸附量大很多，而且相同溫度下HCl的吸附量比N2的大。吸附混合氣體時(shí)，兩種氣體同樣在83K時(shí)吸附量比298K時(shí)大很多，并且相同溫度下，從吸附量和吸附熱兩方面均顯示HCl和N2吸附過(guò)程中發(fā)生了競(jìng)爭(zhēng)吸附，HCl被優(yōu)先吸附，吸附量比N2大很多。根據(jù)模擬吸附得到的結(jié)果分析，分離系數(shù)對(duì)溫度的依賴性比壓力大，另外，低溫時(shí)分離效果較好

4、。但是當(dāng)溫度為83K（液氮溫度）時(shí)，由于在液氮溫度下，兩種氣體的吸附量都很大，而且在較低壓力時(shí)都達(dá)到飽和吸附，此時(shí)的分離系數(shù)較小，因而不具有現(xiàn)實(shí)的分離意義。
　　在擴(kuò)散方面，分別對(duì)吸附過(guò)程中得到的吸附穩(wěn)定構(gòu)型做了分子動(dòng)力學(xué)模擬，分別對(duì)模擬所得到的粒子運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行分析。分析了298K，100kPa-1000kPa下各吸附構(gòu)型的均方位移隨時(shí)間的變化關(guān)系，得到298K時(shí)不同壓力下吸附的擴(kuò)散系數(shù)。分析結(jié)果顯示:298K時(shí)，擴(kuò)散系數(shù)的關(guān)系為