基于超临界反应体系在mcm-22中及苯在碳纳米管中的吸附与扩散的分子模拟

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1、北京化工大学硕士学位论文超临界反应体系在MCM-22中及苯在碳纳米管中的吸附与扩散的分子模拟姓名：孙书勇申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：汪文川2003.2.1北京化工大学硕士学位论文超临赛反应体系在MCM-22中及苯在碳纳米管中的吸附与扩散的分子模拟摘要本论文由两部分内容组成，即超临界烷基化反应体系和轻烃在MCM-22激分子黪审吸附和扩数行失的分予模数，以及纳寒碳管中驰芳香燎他合物吸附和动力学行为的分子模拟。f纳米奔魏耪精及冀羧定空瓣蠹熬滚体秘成了纯-r审翡复杂俸系。该复杂髂L系呋流体分子袭现出的丰富的相态和奇异的行为是纳米介孔材料在化学

2、工业及其谴稳荚工业中广泛赢嗣的重隳原因∥苯文主舞选择两稃介魏材料俸为研究对象，即在化学工业中被广泛应用的分子筛MCM-22以及准一缎材料单壤碳纳米管(SWNTs)。分子筛方面工作主要针对烷基化反应相关内容：进行展开；碳纳米警方瑟工作主要硬究其在不同铃经条传下对内部滚体鲍限毒l俘翅，以及幽此嚣辱l起的吸附和扩散现象。，{氡羰芳稳纯鹣工艺已雩

3、越了越来越多纯学家懿关注。隽了更充分蘧穗霉天L然气，融经相继出现了不同的方法。自ZSM．5型高硅沸石问世以来，低碳的势鞫纯反藏豹研究基本上都是臻箕为催识粥，丽飘主要磷究酶是C3—c6烷烃。虽然对乙烷及甲烷的研究报

4、道很少，但它们直接芳构化亦霄望成为芳烃生产的新途、径。举i作在MCM．22裂分子筛的模拟计算中，用巨越则MortmCarlo方法，采／瘸全原予力场，模拟了缝的以及混合的轻烃化会物在其悫部的吸附量、吸隆热、以及选择性情况。得到的结果与本文通过理想吸附溶液理论(IdealAdsorbedSolution)瘊诗鬓憝蘩栗遴{亍了魄较，藏黪还与笑继缝硅榜辩熬实验及壤羧数据避行了比较。结果褒明，轻烃的双组分混合物在MCM．22型分予筛中的选择性黹速铳予冀谴纯疆毒孝辩；译烷．乙靛体系、{孚烷。丙烷俸系猩MCM-22型分子筛孛麓北京化工大学硕士学位论文本上属于理想

5、吸附行为。f从技术和经济考虑，异丙苯法是当今新建苯酚、丙酮生产装置的唯一可选方法。因此，异丙苯合成技术的发展和进步具有非常重要的意义。传统的生产工艺以固体磷酸或三氯化铝为催化剂，设备腐蚀和环境污染严重。发展趋势是以固体酸分子筛催化剂来取代。由于苯的深度烷基化，生成的碳占据了酸性中心，容易导致分子筛催化剂的失活，这是分子筛催化苯烷基化新工艺亟待解决的问题。而超I临界流体具有优良的传热、传质及溶解萃取性能，能有效萃取焦前驱体，可望延缓催化剂结焦失活。本文针对这一问题，应用巨正则MonteCarlo方法以及分子动力学方法在超临界条件下模拟了不同组成的苯一

6、丙烯体系在MCM．22型分子筛中的吸附和扩散，主要考察了二者在分子筛内的吸附位置以及扩散情况。从而为确定比较适合的反应条件以及相应的组分的混合比例提供理论依据。结果发现苯主要吸附在十二元环超笼内部，而丙烯主要吸附在十元环通道内。在4／1和5／1的组成条件下，吸附相的摩尔分率达到～1／1。在三种不同组成的体系的超临界条件下，当对分子筛作为刚性处理的时候，体系的组成的变化，对吸附相分子的扩散系数不会产生很大的影响。但是作为柔性处理的时候，丙烯的扩散系数要增加一个数量级。对三角形排列的准一维介孔材料进行了系列的模拟研究，分别在四种孔径条件下(O．95nm

7、，1．42nm，1．89nm，3．77nm)，在300K，100kPa的条件下，研究了纳米碳管对内部流体(苯)的限制作用。结果发现，在孔径较小的情况下(0．95nm)，苯主要吸附在碳管的中心位置，而且苯环的法向方向与碳管的中心轴垂直。其显示出碳管对苯环的强烈的限制作用。当管径增加到1．42nm的时候，苯环在管内部只能形成一层六元环柱形壳。当管径再大一点(1．89nm)，苯分子不但会形成单层六元环柱形壳，而且在壳内部，苯环沿着中心轴方向成对出现。在管径很大的情况下(3．77nm)，苯分子不但会填充整个管的内部，而且还会进入管间的空间。W关键词：Mon

8、teCarlo模拟，分子动力学，MCM一22分子筛，纳米碳管，烷基化反应北京化工大学硕士学位论文ADSoRPTIoNANDDIFFUSIoNoFBENZENE．PRoPYLENESYSTEMINSUPERCRITICALCoNDITIoNINMCM．22ANDBENZENEINSWNTSWITHMETHoDoFMoLECULARSIMULATIoNABSTRACTThisthesisismadeupoftworelativelyindependentparts，i．e．adsorptionanddiffusionoflighthydrocm'bon

9、sandbenzeneinMCM-22andbenzeneinnanotubes．PorousnarlO—material