离子液体吸附CO 2 的物理机制与调控

发布时间：2024-12-07 06:18

　　大气中大量的温室气体,如工业排放的CO2,被视为全球变暖的主要原因。由于CO2的排放量日益增加,导致了地球温度升高,海平面上升等一系列环境问题。因此,为了逐步缓解恶劣的环境,寻求一种高效捕集CO2且再生成本低的方法已经成为当今社会的重要话题。离子液体(ionic liquid,ILs),由于其由阴阳离子和特殊官能团构成的特殊分子结构和优异性能,如低蒸气压,低挥发性,对环境污染小,极性可调控性大,有较高的CO2溶解度和选择性。因此,与传统的有机溶剂相比,离子液体成为CO2捕集和分离的潜在候选者。然而,离子液体的种类不计其数,实验合成成本高,且耗费周期长。尽管已经进行了大量的实验工作,但有效地捕集和储存CO2仍然是一个挑战:离子液体微观结构对吸附性能的影响仍缺乏系统的理论指导。仅仅通过实验筛选出合适的离子液体用于捕集CO2将非常低效。随着社会的逐渐进步与发展,分子动力学模拟在科学研究中受到越来越广泛的关注与运用。通过分子动力学模拟的方法筛选出吸附CO2合适的离子液体种类来进行特性研究将非常有意义。本工作采用分子动力学(MD)模拟方法,研究了几种离子液体对CO2的溶解过程。并以四种广泛研究的离...

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【学位级别】：硕士

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中文摘要
ABSTRACT
符号说明
第一章 绪论
    1.1 CO₂的捕集方法
        1.1.1 吸附分离技术
        1.1.2 吸收分离技术
        1.1.3 化学循环燃烧分离技术
        1.1.4 水合物分离技术
    1.2 离子液体简介
    1.3 离子液体捕集CO₂简介
        1.3.1 传统离子液体捕集CO2

        1.3.2 功能性离子液体捕集CO₂

        1.3.3 聚合离子液体捕集CO₂

        1.3.4 离子液体支撑液膜捕集CO₂

    1.4 分子模拟简介
        1.4.1 分子动力学模拟简介
    1.5 分子模拟在离子液体中的应用
    1.6 选题意义与工作内容
第二章 模拟方法和力场的选用
    2.1 分子动力学模拟的基本思想
    2.2 有限差分算法
        2.2.1 Verlet算法
        2.2.2 Leap-frog算法
    2.3 分子力场
    2.4 周期性边界条件
    2.5 分子动力学模拟系综
        2.5.1 正则系综
        2.5.2 微正则系综
        2.5.3 等温等压系综
第三章 离子液体吸附CO₂的动力学和能量学研究
    3.1 引言
    3.2 模拟细节
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 CO₂在水中的溶剂自由能
        3.3.2 CO₂在纯净离子液体中的溶剂自由能
        3.3.3 离子液体中的水对CO₂的溶剂自由能
        3.3.4 能量分解
        3.3.5 离子液体的扩散特性
    3.4 本章小结
第四章 纳米材料增强离子液体界面CO₂捕集与存储
    4.1 引言
    4.2 模拟细节
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 离子液体厚度的影响:结构特性
        4.3.2 扩散特性
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
附录
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文
附相关发表论文
学位论文评阅及答辩情况表



本文编号：4014940

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