试析烷烃在沸石吸附剂中吸附和扩散性质的分子模拟

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1、武汉工程大学硕士学位论文烷烃在沸石吸附剂中吸附和扩散性质的分子模拟姓名：车小军申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：孙炜20090501摘要本文采用巨正则系综蒙特卡罗(ccuc)与构型偏倚技术(Configurational．biasMonteCarloCBMC)相结合的方法对烷烃及其混合物在不同分子筛中的吸附进行了模拟，吸附热的计算结果与文献实验值和模拟值基本一致。在此基础上模拟了烷烃在不同分子筛上的吸附热、Henry常数、吸附等温线、吸附位以及平均势能等吸附性质。模拟结果表明，单组份烷烃在MOR、MFI、MEL、MTW、FER沸石上的饱和吸附量的大小顺序为甲烷>乙烷>丙烷>丁烷>戊

2、烷>己烷>庚烷>辛烷>壬烷；不同温度下正己烷在MF．I中的吸附量随着温度的升高而降低；吸附热随着碳原子数的增加而增大；采用双点Langmuir等温线模型能较好地描述烷烃在分子筛上的吸附性质。采用分子动力学方法模拟了烷烃在分子筛上的扩散系数，研究了温度和吸附量对扩散系数的影响，结果表明扩散系数随着吸附量的增加而减小，随着温度的升高而增大。对于短链二元混合物，研究了几种不同结构分子筛的分离选择性。对丙烷．甲烷、丙烷．乙烷两种体系，当各组分的摩尔分数为0．5时，对丙烷的选择性依次为MFI>MEL>MOR，且丙烷．甲烷体系比丙烷．乙烷体系更易分离。对短链三元混合物吸附等温线的模拟结果表明在低压下丙

3、烷被优先吸附，随着压力的升高吸附量先达到一个最大值然后下降，而甲烷和乙烷的吸附量随着温度的升高而增加直至最大值。甲烷．乙烷．丙烷三元混合物扩散系数的大小顺序则为甲烷>乙烷>丙烷。关键词：烷烃；分子筛；吸附；扩散；分子模拟AbstractInthispaper，GrandCanonicalMonteCarlo(GCMC)simulationsandConfigurational-BiasMonteCarlo(CBMC)simulationswasusedforinvestigatingtheadsorptionpropertiesofMkanesandtheirmixturesinvario

4、uszeolites．Thesimulatedisostericheatofadsorptionwasingoodagreementwiththeexperimentandsimulationdata．Basedonthesefacts，otherpropertiessuchasisostericheatofadsorption，Henry、Slawconstants，adsorptionisotherms，potentialsitesofadsorptionandtheaveragepotentialenergywerepredicted．Theresultsshowedthattheo

5、rderofsaturatedadsorptionquantityofpurealkanesinMOR，MFI，MELMTWandFERzeolitesismethane>ethane>propane>n—butane>n-pentane>n-hexane>n-heptane>n—octane>n-nonane．Thesaturatedadsorptionquantityofn-hexaneinMFIzeolitesdecreasesasthetemperatureincreasingatdifferenttemperatures．Theheatsofadsorptionrisewitht

6、henumberofcarbonatomsincreases．Theadsorptionisothermsofpurealkanesinzeolitescanbedescribledwellwiththedual—siteLangmuirequation．Theself-diffusioncoefficientsforalkanesinzeoliteswerepredictedbymoleculardynamics(MD)simulations，theeffectsoftemperatureandloadingtoself-diffusioncoefficientswerediscusse

7、d．Theresultsshowthattheself-diffusioncoefficientsdecreaseastheloadingquantityincrease，andonthecontrary，increaseasthetemperatureincreasing．Asforthebinarymixture，theseparationselectivitiesofseveralzeoliteswasinvest