菱形石墨炔薄膜He分离特性的密度泛函理论研究

发布时间：2018-03-05 05:25

  本文选题：菱形石墨炔　切入点：He分离　出处：《物理化学学报》2017年11期 　论文类型：期刊论文

【摘要】：氦气在科学和工业等领域中都具有不可替代的作用,其主要存在于天然气中。如何高效地从天然气中分离氦气显得至关重要。本文基于密度泛函理论(DFT)方法系统地探究了菱形石墨炔(rhombic-graphyne,R-GY)分离膜对He和其他天然气组分(Ne、Ar、CO_2、N_2和CH_4)的吸附、选择和渗透性能。结果表明,R-GY作为He分离膜可同时满足高选择性和高渗透率的要求。常温下,R-GY薄膜对He/Ne、He/CO_2、He/N_2、He/Ar和He/CH_4的选择性可分别达到2?10~7、3?10~(20)、9?10~(26)、7?10~(37)和5?10~(51),即使在600 K时仍可保持较高水平。此外,由于较低的扩散能垒,He穿透R-GY薄膜的渗透率在常温下可达到10~(-6) mol·m~(-2)·s~(-1)·Pa~(-1),高出工业标准近3个数量级;而其他气体组分在常温下的渗透率仅为10~(-58)-10~(-14) mol·m~(-2)·s~(-1)·Pa~(-1),气体无法渗透R-GY薄膜。
[Abstract]:Helium plays an irreplaceable role in science and industry. It mainly exists in natural gas. It is very important how to separate helium efficiently from natural gas. Based on density functional theory (DFT) method, the adsorption of he and other natural gas components Neacorco _ 2N _ 2C _ 2N _ 2 and Ch _ 4 by rhombic-graphyne-R-GYY) separation membrane has been studied systematically in this paper. The results show that RGY as he separation membrane can meet the requirements of both high selectivity and high permeability. At room temperature, the selectivity of R-GY thin film to He/ Nee / HeP / NSCT / N2HeR / ar and He/CH_4 can reach 2? 10? 7? 3? 10 / 10 / 20 / 9? 10!!! 26!!! 7? 10) and 5? In addition, the permeability of low diffusion energy barrier he through R-GY thin films can reach 10 ~ 10 ~ (-6) mol 路m ~ (-1) 路scai ~ (-1) 路Pao ~ (-1), which is nearly three orders of magnitude higher than the industrial standard. The results show that: (1) 10??? However, the permeability of other gas components at room temperature is only 10 ~ (-58) ~ (-10) ~ (-14) mol 路m ~ (2) ~ ((2)) 路mol ~ (-1) 路Pao ~ (-1) ~ (-1), and the gas can't penetrate R-GY film.
【作者单位】： 青岛农业大学理学与信息科学学院;青岛农业大学化学与药学院;中国石油大学(华东)理学院;
【基金】：山东省重点研发项目(2015GGB01552)资助~~
【分类号】：O641.1;TQ116.41

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本文编号：1568941