離子交換型Mazzite及Levyne沸石儲(chǔ)氫性能的理論研究.pdf

1、理論計(jì)算可以獲得體系的微觀(guān)結(jié)構(gòu)、宏觀(guān)熱力學(xué)性質(zhì)以及傳遞性質(zhì)，目前在化學(xué)、材料、生物和醫(yī)藥等領(lǐng)域起著越來(lái)越重要的作用。氫氣作為未來(lái)取代化石燃料最好的新潔凈能源之一，近年米氫能經(jīng)濟(jì)已被眾多國(guó)家提到發(fā)展日程上。多孔材料在氫氣儲(chǔ)存方面有著潛在的應(yīng)用價(jià)值，尤其是沸石材料因具有規(guī)則而均勻的孔道結(jié)構(gòu)，較大的孔容和比表面積，高的熱穩(wěn)定性，低廉的價(jià)格和優(yōu)異的儲(chǔ)氫性能而備受關(guān)注。本文采用巨止則系綜蒙特卡洛方法( GCMC)和分子動(dòng)力學(xué)方法(MD)研究了氯氣

2、在Mazzite和Levyne沸石中的吸附和擴(kuò)散忡能，并進(jìn)一步應(yīng)用密度泛函理論方法對(duì)氫氣在上述兩類(lèi)沸石中的吸附位點(diǎn)進(jìn)行研究，旨在尋求沸石儲(chǔ)氫的微觀(guān)原因。
　　 本文的研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：
　　 根據(jù)無(wú)機(jī)晶體數(shù)據(jù)庫(kù)ICSD中Mazzite和Levyne沸石的XRD衍射數(shù)據(jù)，構(gòu)建了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)模型。進(jìn)一步應(yīng)用Matenals Studio 4.1軟件包中Sorption模塊的Locate選項(xiàng)卡，分別在Mazzite和Levyn

3、e沸石中引入陽(yáng)離子H+、Li+、Na+、K+、Mg2+和Caz+，建立不同的離子交換模型，采用GCMC方法，對(duì)氫氣在沸石中的吸附研究表明：Levyne沸石因具備較多的孔籠結(jié)構(gòu)，儲(chǔ)氫能力最高，其中Li-LEV沸石的的氫氣儲(chǔ)量最高(2.67 wt％)；而Mazzite沸石由于具有較大的十二元環(huán)孔道，儲(chǔ)氫過(guò)程中不能有效封裝氫氣，儲(chǔ)量相對(duì)于Levyne沸石較低。在Mazzite沸石中，Mg-MAZ沸石儲(chǔ)氫量最高(2.09 wt％)。計(jì)算結(jié)果表明

4、氫氣在各離子交換型Mazzite沸石中的吸附熱要高于其在Levyne沸石中的吸附熱。由此可知，吸附熱與氫氣的吸附量之間關(guān)聯(lián)性不大，而與沸石結(jié)構(gòu)關(guān)系較為緊密。此外，二價(jià)陽(yáng)離子對(duì)氫氣的吸附能力明顯要強(qiáng)于—價(jià)陽(yáng)離了。
　　 采用MD方法對(duì)氧氣在Mazzite和Levyne沸石中的的擴(kuò)散進(jìn)行了研究。
　　 計(jì)算的自擴(kuò)散系數(shù)表明：Mazzite沸石在低溫區(qū)域較Levyne沸石的自擴(kuò)散系數(shù)要大；隨著溫度升高，氫氣在Levyne沸石中

5、的自擴(kuò)散系數(shù)超過(guò)Mazzite沸石。同樣，計(jì)算的擴(kuò)散活化能表明，氫氣在Mazzite沸石中擴(kuò)散的活化能要明顯高于在Levyne沸石中，由此可知，氫氣更易在Lenyne沸石中擴(kuò)散。
　　 采用量子化學(xué)密度泛雨理論( DFT)計(jì)算研究了氫氣在Mauice和Levyne沸石中的吸附位點(diǎn)。氯氣在Mazzite沸石中主要吸附在十二元環(huán)和八元環(huán)位點(diǎn)的陽(yáng)離子周?chē)憾贚evyne沸石中主要吸附在八元環(huán)和六元環(huán)的陽(yáng)離子周?chē)?；較小環(huán)周?chē)年?yáng)離子由