分子模拟研究碳材料不同孔径及官能团对VOCs的吸附性能

发布时间：2024-03-25 22:06

　　随着社会的发展能源消耗量也不断增长,特别是化石燃料的消耗量逐年增加,挥发性有机物(VOCs)的排放严重威胁着生态环境和人们的身体健康。在众多VOCs处理方法中,活性炭吸附方法由于其高效低能耗的特点已经被广泛应用。近年来,研究者们对碳材料的吸附分离性能进行了一系列实验和模拟研究,其中,分子模拟技术被广泛应用于模拟活性炭吸附VOCs。在前人构建的模型理论基础之上,本课题运用分子模拟的巨正则蒙特卡洛、分子动力学等计算手段研究了具有不同孔径(0.902nm,1.997nm,3.000nm和4.000nm)和不同官能团(羧基、羟基、氨基和氢)的碳材料对VOCs的吸附性能。首先,将活性炭吸附氮气和甲烷的分子模拟数据与实验数据和理想溶液吸附理论(IAST)计算数据相对比,验证模型和模拟方法的合理性、准确性。结果显示,模拟得到的吸附等温线与实验数据基本吻合,氮气和甲烷混合体系的分离系数与IAST计算结果相一致,证明了分子模型和模拟方法的可靠性和准确性。之后,对VOCs的吸附等温线、分布密度、毛细凝聚现象、扩散系数、活性炭模型的有效容积以及分子间相互作用能进行了深入研究。结果表明,孔径越大,苯、甲苯和丙...

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图2-1活性炭狭缝孔模型

第2章模型的建立与分子模拟方法选择172.在计算范围内随机移动一个粒子的概率为：=min[1,expΔ](2-7)3.在计算范围内随机删掉一个粒子的概率为：=min{1,3expΔ}(2-8)2.3模型的建立与模拟细节2.3.1吸附质和吸附剂的分子模型在近年来研究中，活性炭模型也....

图2-2挥发性有机物（苯、甲苯、丙酮和甲醇）分子模型

天津大学硕士学位论文18为了能够研究不同官能团对挥发性有机化合物吸附性能的影响，我们还在活性炭模型表面加入了氢（H-），羟基（OH-），氨基（NH2-）和羧基（COOH-）四种不同的官能团进行模拟研究。为了方便对比不同官能团的效果，我们将加入的官能团密度均控制在每克活性炭中加入1....

图3-1氮气吸附等温线模拟数据与实验数据（Sim：模拟值，Fit：拟合曲线）

天津大学硕士学位论文223.2模拟结果对比3.2.1单组分吸附等温线模拟结果如图所示，展示了不同孔径下的吸附等温线模拟数据以及通过langmuir吸附等温线方程拟合得到的吸附等温线。Langmuir方程如下=1+(3-1)其中q，qm分别表示平衡吸附量以及饱和吸附量数据参数，b为....

图3-2甲烷吸附等温线的模拟数据与实验数据（Sim：模拟值，Fit：拟合曲线）

第3章分子模型与模拟方法验真23图3-2甲烷吸附等温线的模拟数据与实验数据（Sim：模拟值，Fit：拟合曲线）Figure3-2Simulationdataandexperimentaldataofmethaneadsorptionisotherm(Sim:simulatedva....

本文编号：3938913