有机分子在分子筛中的吸附和扩散过程的计算机模拟

论文摘要

计算机模拟作为一种有效的方法广泛用于固体材料,尤其是微孔材料的研究中,在结构、热力学、吸附分离和催化等性质的研究中取得巨大成功。本文采用了蒙特卡罗和动力学方法研究了有机分子在MOR和MCM-22分子筛中的吸附和扩散行为。并得到如下结果:1.通过分子模拟得到了噻吩在MOR分子筛中的吸附等温线和吸附热。温度和压力影响吸附等温线,但对吸附热影响较小。对于噻吩和异辛烷的二元混合物,噻吩在MOR分子筛中的吸附能力明显高于异辛烷,说明二元混合物可通过MOR分子筛分离开来。2.噻吩在MCM-22分子筛十元环和超笼中都可以吸附,异辛烷主要吸附在超笼中,温度和压力对其吸附量和吸附位有影响,但对吸附热影响不大。二元混合物间存在竞争吸附,噻吩在MCM-22分子筛中的吸附能力明显大于异辛烷。动力学模拟发现在超笼中异辛烷的扩散速度高于噻吩分子,这与蒙特卡罗模拟结果相对应。因此通过MCM-22分子筛可以将两者很好的分离开来。3.噻吩和苯分子单纯物质在MCM-22分子筛中吸附趋势基本相同,都可以在MCM-22两个独立孔道中吸附,并且扩散主要发生在超笼中。两者的二元混合物存在竞争吸附,噻吩的吸附能力高于苯分子。因此可以通过MCM-22分子筛将两者分离。4. 1-丁烯和正丁烷在MCM-22分子筛两个独立孔道中都可以吸附,并优先吸附在十元环孔道和超笼的底部和顶部;动力学模拟结果显示扩散主要发生在超笼的孔道系统中。1-丁烯和正丁烷在MCM-22分子筛中的催化反应主要发生在十元环孔道和超笼的底部和顶部。

论文目录

• 提要
• 第一章 前言
• 1.1 引言
• 1.2 分子筛的简介
• 1.3 关于分子筛吸附和扩散的模拟
• 1.3.1 蒙特卡罗方法在分子筛吸附上的应用
• 1.3.2 分子动力学模拟在分子筛上的应用
• 1.4 研究背景
• 1.5 研究内容
• 第二章 模拟方法
• 2.1 MC 方法
• 2.1.1 GCMC 方法
• 2.1.2 CBMC 算法
• 2.2 分子动力学方法
• 2.3 力场和边界条件
• 2.3.1 力场
• 2.3.2 边界条件
• 2.4 统计系综
• 2.5 本文采用的系综和模拟方法
• 2.6 本章小结
• 第三章 噻吩及噻吩和异辛烷混合物在MOR 分子筛中的吸附研究
• 3.1 研究背景和目的
• 3.2 模型和模拟方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 噻吩在MOR 分子筛中的吸附
• 3.3.2 噻吩和异辛烷二元混合物在MOR 分子筛中的吸附
• 3.4 本章小结
• 第四章 噻吩和异辛烷分子及其二元混合物在MCM-22 分子筛中的吸附和扩散研究
• 4.1 研究背景和目的
• 4.2 模型和模拟方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 噻吩分子在MCM-22 型分子筛中的吸附分布研究
• 4.3.2 噻吩分子在MCM-22 分子筛中的吸附热
• 4.3.3 噻吩分子在MCM-22 分子筛中的扩散研究
• 4.3.4 噻吩分子在MCM-22 分子筛超笼中的迁移
• 4.3.5 异辛烷在MCM-22 中的吸附过程
• 4.3.6 噻吩与异辛烷二元混合物在MCM-22 分子筛中的吸附、扩散模拟
• 4.3.6.1 噻吩和异辛烷分子二元混合物在MCM-22分子筛中的吸附
• 4.3.6.2 噻吩和异辛烷二元混合物在MCM-22分子筛中的扩散研究
• 4.4 本章小结
• 第五章 噻吩和苯分子及其二元混合物MCM-22 分子筛中的吸附研究
• 5.1 研究背景与目的
• 5.2 模型和模拟细节
• 5.3 模拟的结果与讨论
• 5.3.1 苯分子在MCM-22 分子筛中的吸附模拟
• 5.3.2 苯分子在MCM-22 分子筛超笼中的迁移
• 5.3.3 苯和噻吩的二元混合物在MCM-22 分子筛中的吸附研究
• 5.3.4 噻吩、异辛烷和苯三元混合物在MCM-22 中的吸附研究
• 5.4 本章小结
• 第六章 1-丁烯和正丁烷在MCM-22 分子筛中的吸附与扩散研究
• 6.1 研究背景与目的
• 6.2 计算模型和模拟细节
• 6.3 模拟的结果与讨论
• 6.3.1 1-丁烯在MCM-22 分子筛中的吸附模拟
• 6.3.2 1-丁烯在MCM-22 中的动力学模拟
• 6.3.2.1 分子筛柔性骨架和刚性骨架对1-丁烯扩散的影响
• 6.3.2.2 不同温度下1-丁烯在MCM-22 分子筛中的扩散
• 6.3.3 正丁烷在MCM-22 中的吸附及扩散过程
• 6.3.3.1 正丁烷在MCM-22 中的吸附过程
• 6.3.3.2 正丁烷在MCM-22 分子筛中的扩散研究
• 6.4 本章小结
• 参考文献
• 论文摘要
• Abstract
• 攻读博士学位期间发表和完成的论文
• 致谢