CO2吸附分离过程的分子模拟

作     者：李保瑞 

作者单位：山东建筑大学 

学位级别：硕士

导师姓名：钱焕群

授予年度：2011年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0703[理学-化学] 

主      题：C02 CH4 N2 MFI沸石分子筛 有机枢架 吸附 蒙特卡洛模拟 

摘      要：大气中CO2浓度的升高被普遍认为是导致全球气候变暖的重要原因之一。如何减少C02排放,降低大气中的CO2浓度,是世界各国政府普遍关切和必需面对的棘手问题。研究二氧化碳等多组分气体在不同吸附材料中的吸附特性以开发高效的二氧化碳吸附分离捕集方法,不仅具有深入的学术价值,而且具有重要的现实意义。 本文以沸石分子筛和金属有机框架为吸附材料,以CH4、N2、CO2为吸附质,采用巨正则蒙特卡洛分子模拟研究单组分和多组分气体在吸附材料中的吸附行为,通过计算与分析,结论如下： (1)单组分C02、CH4、N2在全硅MFI沸石中的吸附等温线均为Ⅰ型(Lamuir型),在较低压力下,即具有较高的吸附量,但C02吸附量大于CH4和N2吸附量。 (2)多组分C02、CH4和N2在全硅MFI沸石中发生强烈的竞争吸附行为, C02的吸附量远大于CH4和N2的吸附量,具有较高的选择系数。 (3)根据Lowenstein规则采用Na+对全硅MFI沸石进行改性,Na+改性可提高C02的吸附能力,也增大了选择系数,而对CH4和N2的吸附行为几乎没有影响。 (4)气体吸附粒子云分布图表明,全硅MFI吸附为均匀分布,而Na+改性沸石吸附则在Na+周围出现强吸附位,低压下CO2优先被吸附在强吸附位上。 (5)金属有机框架MOF-14和共价有机框架COF-108对单组分C02、CH4和N2的吸附量均大于MFI沸石,在同等条件下,有机框架对CH4的吸附量大于C02和N2的吸附量。 (6)金属有机框架MOF-14和共价有机框架COF-108对多组分C02、CH4和N2吸附同样具有竞争吸附现象,CO2和CH4的吸附量均大于N2的吸附量,但选择系数比MFI沸石有所降低,COF-108的吸附能力比MOF-14高,COF-108的选择能力比MOF-14低。 (7)C02、CH4、N2在MOF-14框架中的吸附位主要存在于框架中心孔道和周围边孔道内,在COF-108中的吸附位则遍布整个框架之中。