烷烴分子在MCM-41中吸附和擴(kuò)散的分子模擬.pdf

1、當(dāng)今國際社會(huì)正處于高速發(fā)展時(shí)期，工業(yè)發(fā)展正式進(jìn)入“4.0”時(shí)代。隨著經(jīng)濟(jì)全球化和國際合作的日益加強(qiáng)，能源短缺和能源結(jié)構(gòu)單一的問題日益突出。發(fā)展和利用可再生能源，可以有效的緩解石化能源枯竭和過度依賴石化能源的社會(huì)現(xiàn)狀。在可再生能源中，生物質(zhì)能源具有存儲(chǔ)量大和來源廣泛等特點(diǎn)。長鏈生物烷烴臨氫異構(gòu)脫蠟工藝提升的關(guān)鍵在于催化劑的設(shè)計(jì)與開發(fā)。MCM-41是孔徑在1.5-10nm之間的M41S族典型代表，它具有六方有序排列的孔道結(jié)構(gòu)。MCM-41在

2、臨氫異構(gòu)降凝方面表現(xiàn)出較好的催化性能。研究MCM-41的結(jié)構(gòu)特性和不同烷烴在MCM-41中的吸附和擴(kuò)散性質(zhì)，對(duì)于開發(fā)加氫裂化催化劑具有指導(dǎo)意義。本文主要研究內(nèi)容及取得的成果和結(jié)論如下:
　　(1)通過MD方法，研究孔道半徑為15.5(A)的MCM-41(2×3×2)的結(jié)構(gòu)特性。運(yùn)用GCMC方法模擬了環(huán)戊烷、環(huán)己烷和甲基環(huán)戊烷在300 K下的等溫吸附線。結(jié)果表明，隨著壓力的增加，吸附量成增加的趨勢(shì)。趨于飽和時(shí)的吸附量從大到小依次為環(huán)

3、戊烷＞甲基環(huán)戊烷＞環(huán)己烷。且吸附過程中，環(huán)戊烷發(fā)生了重排。Langmuir等溫吸附式能很好的描述單組分的吸附過程。三組分吸附時(shí)，存在競(jìng)爭(zhēng)吸附的現(xiàn)象，在高壓時(shí)，Langmuir等溫吸附式才能較好的描述三組分的吸附過程。
　　(2)采用MD方法對(duì)孔道半徑為21.75(A)的MCM-41(3×3×3)模型進(jìn)行最優(yōu)化，并對(duì)其結(jié)構(gòu)性質(zhì)進(jìn)行了分析。采用GCMC方法模擬了甲烷、乙烷和丙烷的純組分和混合組分的等溫吸附線及等溫吸附熱。結(jié)果表明三種烷

4、烴之間存在著競(jìng)爭(zhēng)吸附的現(xiàn)象，在相同的壓力下，丙烷分子的吸附量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于甲烷和乙烷的吸附量。并且丙烷與分子篩的最概然相互作用能要小于甲烷和乙烷，這也使得丙烷的吸附比其它兩種烷烴分子的吸附更加穩(wěn)定。
　　(3)采用MD方法分析了孔道半徑15.5(A)的MCM-41(2×2×2)的孔徑分布(PSD)、XRD衍射、相對(duì)濃度和孔表面及其表面粗糙度等。利用構(gòu)型偏倚的蒙特卡洛方法(CBMC)模擬了C4-C9的直鏈烷烴和異構(gòu)烷烴在273 K、35