金屬-有機(jī)骨架材料中H2S-CH4混合物吸附與分離的分子模擬研究.pdf

1、本課題采用優(yōu)化后的DREIDING力場(chǎng)，通過(guò)巨正則系綜蒙特卡洛(GCMC)模擬方法，對(duì)天然氣中的兩種氣體CH4和H2S在Cu6(BTTC)4(H2O)6·xS(1)和[(CH3)2NH2]3[(Cu4Cl)3(BTTC)8]·yS(2)兩種新型金屬-有機(jī)骨架材料中的吸附與分離性能進(jìn)行了比較研究，探討了壓強(qiáng)、溫度等因素對(duì)吸附分離性能的影響，并分析了單組份與等摩爾混合物氣體在吸附劑中的吸附能曲線，以及采用密度泛函理論分析了它們的質(zhì)心密度分布

2、圖。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　首先，采用分子模擬方法系統(tǒng)地研究了在298 K和273 K下，兩種吸附質(zhì)在金屬材料中的吸附性能與等焓吸附熱分析。結(jié)果表明，聚合物1的吸附量和分離性能都高于聚合物2，且相同材料，溫度越低，吸附熱越高；在等摩爾混合情況下，聚合物1對(duì)于H2S/CH4的選擇性最大，吸附熱差值的大小關(guān)系為聚合物1>聚合物2。
　　其次，采用蒙特卡洛與密度泛函理論相結(jié)合的方法對(duì)比研究了單組份與二元混合物在兩種聚合物中吸附能曲

3、線。結(jié)果表明，不同溫度下聚合物1在低壓下，CH4的吸附能有兩個(gè)峰值且它們的能量密度不同，CH4的吸附能高于H2S的吸附能；而在273K時(shí)，H2S吸附能卻只有一個(gè)峰值，隨著壓強(qiáng)的增大，H2S的峰值高于CH4的峰值，在相同壓強(qiáng)下，溫度在273K時(shí)CH4和H2S的能量密度都稍大于溫度在298K所對(duì)應(yīng)的峰值。在H2S/CH4等摩爾比混合情況下的吸附能，它們之間存在著競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，由低壓時(shí)的兩個(gè)吸附位轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏簳r(shí)的一個(gè)吸附位，而且CH4的吸附位逐漸被

4、H2S所替代。
　　最后，研究了單組份與二元混合物的質(zhì)心密度分布圖。結(jié)果表明，在298K下，聚合物1吸附CH4時(shí)存在兩個(gè)主要吸附位，其中金屬簇Cu-苯基區(qū)域靠近金屬的位置為第一吸附位，而相比于H2S的質(zhì)心密度圖，在低壓下H2S同樣也主要吸附在金屬簇Cu與苯基周圍，隨著壓力的增加，A區(qū)域已經(jīng)達(dá)到了飽和狀態(tài)，之后全部吸附在大孔道（B區(qū)域）；在273K下時(shí)，聚合物1和聚合物2的質(zhì)心密度分布圖的差異比較明顯，在A區(qū)域的吸附情況與之前的基本