CO2在H-STI分子筛中吸附的分子模拟研究.pdfVIP

第39卷第4期 东北 师 大 学报 (自然科 学版 ) V0】．39 No．4 20o7年l2月 Journal of Northeast Normal University(Natural Science Edition) December 2007 [文章编号]1ooo一1832(2007)04—0102—04 CO2在H—ST1分子筛中吸附的 分子模拟研究 刘艳杰 ，王建萍2，孙秀云 ，苏忠民2 (1．吉林4t5r学院，吉林吉林132073； 2．东北师范大学化学学院，吉林长春130024) [摘 要] 采用巨正则蒙特卡罗方法(GCMC)研究了co2分子在H—ST1分子筛中的吸附．计 算得到的吸附热和实验温度下吸附等温曲线与实验结果吻合较好．在此基础上，进一步预测了 co2分子在H-ST1分子筛中的吸附性质． [关键词] 分子筛；H-STI；co2；吸附；分子模拟 [中图分类号] O 641 [学科代码] 150·40 [文献标识码]A 0 引言 co2广泛存在于大气中，它可作为化工原料、致冷剂、油田增产剂、惰性介质、溶剂和压力源等，在国 民经济各部门有着广泛的用途．一些大型企业，如石油化工、水泥、发酵、钢铁和电力等企业…的生产中 也都产生大量co2副产物，例如在乙烯氧化制乙醛装置的反应尾气中含 15％～20％(体积分数) co2 J ， 这些富含co2的气体因有杂质而：不能很好利用，既浪费了资源，又严重污染了环境，给企业造成 了巨大的经济损失， 沸石分子筛是天然或人工合成的含碱金属和碱土金属氧化物的结晶硅铝酸盐，它有严格的结构和 孔隙，孔隙大小因结构差异而略有变化，从而可达到对不同分子大小体积的物质的分离．文献E3]还针对 固体孔径分布的计算进行了程序化研究．吸附法作为一种分离技术，已广泛地应用于工业生产领域的各 个方面，特别是以分子筛作为吸附剂有着更广泛的应用和研究[ 培】，但大量的实验研究只能在有限的条 件下进行有限性质的研究和分析．近年来，计算机分子模拟技术作为一种有效方法已广泛应用于微孔材 料分子筛的吸附性质研究中 ¨，已有研究表明通过计算机模拟可以从分子水平分析实验现象、预测实 验难以得到的结果¨ ．本文在实验研究基础上，采用GCMC计算机模拟方法，在分子水平上进一步研 究092分子在分子筛H—STI上的吸附性质，为含co2气体的尾气净化处理的实验设计和工程设计提供 了理论依据． 1计算方法 1．1 模型的构建 在ST1分子筛模型基础上，根据文献[13—14]报道的方法构建了ST1分子筛．其中ST1分子筛结构 [收稿日期】2007．06．1， [作者简介】刘艳杰(1969一)．女，副教授；苏忠民(196O一)，男，博士，教授．博士研究生导师，主要从事量于化字和功能材料化字妻 异j累熬嚣 蒿 器浆 )’男，博士．教授．博士研究生导师，主要从事量子化学和功能材料化学 研究． 第4期 刘艳杰，等-CQ在H-ST1分子筛中吸附的分子模拟研究 103 参数：空间群为O2／M；晶胞参数a=13．64 nlTl，b=l8．24 nm，f=11．27 nm，口=y=90。，J9=128。 分子 筛骨架结构中有两种孔道：一种是十员氧环孔道平行于[100]方向，孔径为0．47 nlTl×0．50 nm的直孔 道；另一种是八员氧环孔道平行于[101]方向，孔径为0．27 nm×0．56 nm曲折型孔道．为使所构建分子 筛构型及H 位置合理，采用NvT—MD方法，即等粒子数、等体积、等温度下的动力学模拟方法，进行了 结构能量优化．与后边的吸附性质计算一样均采用周期性边界条件和COMPASS力场，模拟温度由 Nose—Hoover thermostat[15]控制．为使整个分子筛体系能量守恒共进行了1 500 ps的NVT—MD模拟． 1．2 GCMC方法 GCMC已广泛应用于研究分子筛内吸附质的吸附相平衡研究中【16-18]．通过模拟，可以获得吸附平 衡常数、吸附热、吸附等温曲线和吸附位等