炭膜分离CO 2 /CH 4 混合气体的分子模拟
发布时间：2021-04-04 12:38
随着全球工业化进程飞速发展,CO2等温室气体的排放日趋严重。这些气体在大气中的增加必将会多尺度、全方位、多层次导致一系列的环境问题、经济问题以及社会问题。采用新型的清洁能源-天然气成为缓解温室效应的一种重要方法,降低天然气中CO2含量,可以提高热值并降低CO2排放。研究表明,无机膜中的炭膜,因其特殊的结构与性能,可对混合气体中的CO2和CH4进行有效分离,但气体在炭膜中分离的机理无法通过实验直接观察且尚未明确,所以探究气体在炭膜中吸附、扩散等过程的机理十分必要。本文以炭膜分离CO2/CH4混合气体为背景,建立膜孔结构模型,采用Materials Studio软件及蒙特卡罗方法模拟吸附分离过程、采用Lammps软件及非平衡分子动力学方法模拟扩散分离过程,研究气体在炭膜中的吸附及扩散性能,并考察温度、孔径以及孔缺陷对CO2/CH4混合气体分离效果的影响。首先建立与炭膜孔结构相近的无缺陷Z字形孔模型,并验证了模型的可靠性；其次对模型进行缺陷处理,建立了3种不同缺陷方式的Z字形孔模型。在建立有缺陷、无缺陷模型的基础上,对CO2、CH4纯气体及混合气体在不同孔模型中的吸附和扩散过程进行模拟,得到...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
引言
1 文献综述
1.1 研究背景及意义
1.2 炭膜及其发展概况
1.2.1 炭膜的概念
1.2.2 炭膜的特性
1.2.3 炭膜的气体分离机理
1.2.4 炭膜的发展及研究现状
1.3 分子模拟在膜分离气体中的应用
1.3.1 分子模拟的概念
1.3.2 分子模拟的分类
1.3.3 分子模拟在气体分离中的研究进展
1.4 分子模拟软件介绍
1.4.1 Materials Studio软件
1.4.2 Lammps软件
1.5 本论文的研究思路及内容
2/CH4过程的模型建立及模拟方法选择">2 炭膜分离CO2/CH4过程的模型建立及模拟方法选择
2.1 模拟方法
2.1.1 Materials Studio软件模拟吸附过程步骤
2.1.2 Lammps软件模拟扩散过程步骤
2.2 物理模型建立
2.3 数学模型建立
2.3.1 粒子间作用力
2.3.2 抽样原则
2.3.3 经典物理方程
2.3.4 积分算法
2.3.5 边界条件及最小映像原则
2.4 模拟条件及模拟参数确定
2.4.1 吸附模拟条件
2.4.2 扩散模拟条件
2.4.3 L-J参数及截断半径
2.5 本章小结
2/CH4的模拟">3 无缺陷孔模型炭膜分离CO2/CH4的模拟
3.1 数据处理
3.1.1 软件输出的模拟结果
3.1.2 软件输出数据的转换
3.2 模型验证
3.3 吸附模拟结果与讨论
2、CH4纯气体吸附量的影响"> 3.3.1 温度对CO2、CH4纯气体吸附量的影响
3.3.2 温度对混合气体吸附分离过程的影响
3.3.3 膜孔径对混合气体吸附分离过程的影响
3.4 扩散模拟结果
2、CH4纯气体扩散系数的影响"> 3.4.1 温度对CO2、CH4纯气体扩散系数的影响
3.4.2 温度对混合气体扩散分离过程的影响
3.4.3 膜孔径对混合气体扩散分离过程的影响
3.5 炭膜的吸附-扩散分离选择性
3.6 本章小结
2/CH4的模拟">4 缺陷孔模型炭膜分离CO2/CH4的模拟
4.1 缺陷孔模型物理模型
4.2 随机缺陷膜孔模型模拟结果
4.2.1 吸附模拟结果
4.2.2 扩散模拟结果
4.2.3 吸附-扩散分离选择性
4.3 不同类型缺陷模型对比
4.3.1 吸附模拟结果
4.3.2 扩散模拟结果
4.3.3 吸附-扩散分离选择性
4.4 本章小结
结论
创新点与展望
参考文献
附录 符号说明
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]多孔石墨烯气体分离膜分子渗透机理[J]. 孙成珍,张锋,柳海,白博峰. 化工学报. 2014(08)
[2]不同管径碳纳米管中CO2/CH4分离的分子模拟[J]. 曹伟,吕玲红,黄亮亮,王珊珊,朱育丹. 化工学报. 2014(05)
[3]H2S/CH4混合物在石墨烯表面吸附性能的分子动力学模拟[J]. 雷广平,刘朝,解辉. 工程热物理学报. 2014(03)
[4]不同温度条件下型煤吸附CH4/CO2混合气的实验研究[J]. 吴迪,孙可明. 岩石力学与工程学报. 2013(S2)
[5]BPDA-ODA型聚酰亚胺基沸石杂化炭膜的制备及气体分离性能[J]. 张兵,于智学,石毅,吴永红,王同华. 膜科学与技术. 2013(03)
[6]BDAF-PMDA型聚酰亚胺炭膜的制备及其气体分离性能的研究[J]. 祁文博,王同华,李琳,张萍萍,孙美悦,李建新,王虹. 膜科学与技术. 2012(03)
[7]活性炭改性及其对CO2/CH4吸附性能的研究[J]. 李通,罗仕忠,吴永永,倪宏志. 煤炭学报. 2011(12)
[8]2010年全球森林资源评估特点与启示[J]. 张敏,夏朝宗,黄国胜,陈新云. 林业资源管理. 2011(01)
[9]聚氨酯酰亚胺-聚酰亚胺嵌段共聚物制备炭膜[J]. 李真,刘瑾,郑扣松. 新型炭材料. 2009(02)
[10]分子动力学模拟预测CO2和CH4在DDR膜中的吸附现象[J]. 王胜强,杨建华,胡祖美,王金渠. 石油学报(石油加工). 2009(02)
硕士论文
[1]多孔炭材料气体吸附性能的研究[D]. 马双营.大连理工大学 2014
[2]平板复合炭膜的制备及其气体分离性能[D]. 郑青春.大连理工大学 2008
[3]沸石膜吸附和扩散分离过程的分子动力学模拟[D]. 王胜强.大连理工大学 2008
[4]孔狭缝及孔网络模型在炭膜气体分离中的应用[D]. 方华东.大连理工大学 2007
本文编号：3118045
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
引言
1 文献综述
1.1 研究背景及意义
1.2 炭膜及其发展概况
1.2.1 炭膜的概念
1.2.2 炭膜的特性
1.2.3 炭膜的气体分离机理
1.2.4 炭膜的发展及研究现状
1.3 分子模拟在膜分离气体中的应用
1.3.1 分子模拟的概念
1.3.2 分子模拟的分类
1.3.3 分子模拟在气体分离中的研究进展
1.4 分子模拟软件介绍
1.4.1 Materials Studio软件
1.4.2 Lammps软件
1.5 本论文的研究思路及内容
2/CH4过程的模型建立及模拟方法选择">2 炭膜分离CO2/CH4过程的模型建立及模拟方法选择
2.1 模拟方法
2.1.1 Materials Studio软件模拟吸附过程步骤
2.1.2 Lammps软件模拟扩散过程步骤
2.2 物理模型建立
2.3 数学模型建立
2.3.1 粒子间作用力
2.3.2 抽样原则
2.3.3 经典物理方程
2.3.4 积分算法
2.3.5 边界条件及最小映像原则
2.4 模拟条件及模拟参数确定
2.4.1 吸附模拟条件
2.4.2 扩散模拟条件
2.4.3 L-J参数及截断半径
2.5 本章小结
2/CH4的模拟">3 无缺陷孔模型炭膜分离CO2/CH4的模拟
3.1 数据处理
3.1.1 软件输出的模拟结果
3.1.2 软件输出数据的转换
3.2 模型验证
3.3 吸附模拟结果与讨论
2、CH4纯气体吸附量的影响"> 3.3.1 温度对CO2、CH4纯气体吸附量的影响
3.3.2 温度对混合气体吸附分离过程的影响
3.3.3 膜孔径对混合气体吸附分离过程的影响
3.4 扩散模拟结果
2、CH4纯气体扩散系数的影响"> 3.4.1 温度对CO2、CH4纯气体扩散系数的影响
3.4.2 温度对混合气体扩散分离过程的影响
3.4.3 膜孔径对混合气体扩散分离过程的影响
3.5 炭膜的吸附-扩散分离选择性
3.6 本章小结
2/CH4的模拟">4 缺陷孔模型炭膜分离CO2/CH4的模拟
4.1 缺陷孔模型物理模型
4.2 随机缺陷膜孔模型模拟结果
4.2.1 吸附模拟结果
4.2.2 扩散模拟结果
4.2.3 吸附-扩散分离选择性
4.3 不同类型缺陷模型对比
4.3.1 吸附模拟结果
4.3.2 扩散模拟结果
4.3.3 吸附-扩散分离选择性
4.4 本章小结
结论
创新点与展望
参考文献
附录 符号说明
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]多孔石墨烯气体分离膜分子渗透机理[J]. 孙成珍,张锋,柳海,白博峰. 化工学报. 2014(08)
[2]不同管径碳纳米管中CO2/CH4分离的分子模拟[J]. 曹伟,吕玲红,黄亮亮,王珊珊,朱育丹. 化工学报. 2014(05)
[3]H2S/CH4混合物在石墨烯表面吸附性能的分子动力学模拟[J]. 雷广平,刘朝,解辉. 工程热物理学报. 2014(03)
[4]不同温度条件下型煤吸附CH4/CO2混合气的实验研究[J]. 吴迪,孙可明. 岩石力学与工程学报. 2013(S2)
[5]BPDA-ODA型聚酰亚胺基沸石杂化炭膜的制备及气体分离性能[J]. 张兵,于智学,石毅,吴永红,王同华. 膜科学与技术. 2013(03)
[6]BDAF-PMDA型聚酰亚胺炭膜的制备及其气体分离性能的研究[J]. 祁文博,王同华,李琳,张萍萍,孙美悦,李建新,王虹. 膜科学与技术. 2012(03)
[7]活性炭改性及其对CO2/CH4吸附性能的研究[J]. 李通,罗仕忠,吴永永,倪宏志. 煤炭学报. 2011(12)
[8]2010年全球森林资源评估特点与启示[J]. 张敏,夏朝宗,黄国胜,陈新云. 林业资源管理. 2011(01)
[9]聚氨酯酰亚胺-聚酰亚胺嵌段共聚物制备炭膜[J]. 李真,刘瑾,郑扣松. 新型炭材料. 2009(02)
[10]分子动力学模拟预测CO2和CH4在DDR膜中的吸附现象[J]. 王胜强,杨建华,胡祖美,王金渠. 石油学报(石油加工). 2009(02)
硕士论文
[1]多孔炭材料气体吸附性能的研究[D]. 马双营.大连理工大学 2014
[2]平板复合炭膜的制备及其气体分离性能[D]. 郑青春.大连理工大学 2008
[3]沸石膜吸附和扩散分离过程的分子动力学模拟[D]. 王胜强.大连理工大学 2008
[4]孔狭缝及孔网络模型在炭膜气体分离中的应用[D]. 方华东.大连理工大学 2007
本文编号：3118045
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