在C168石中通过吸附分离CO2和N2:量子力学和分子模拟研究研究的结合
Jianwen Jiang1, Stanley I Sandler
1Center for Molecular and Engineering Thermodynamics, Department of Chemical Engineering, University of Delaware, Newark, Delaware 19716, USA. jiangj@che.udel.edu
Journal of the American Chemical Society
|August 25, 2005
概括
精确的量子力学模拟表明,纳米孔状碳有效地将二氧化碳 (CO2) 与烟气中的 (N2) 分开. 这凸显了这些材料在气体分离应用中的潜力.
科学领域:
- 计算化学和材料科学.
- 纳米孔材料和气体吸附.
- 碳捕获和分离技术. 碳捕获和分离技术.
背景情况:
- 纳米多孔碳是气体分离的有希望的材料.
- 精确的气体吸附模型需要精确的相互作用潜力.
- 基于平面石墨的现有模型可能无法完全捕捉复杂的纳米孔状结构中的行为.
研究的目的:
- 为了研究二氧化碳 (CO2) 和 (N2) 在C168石中的吸附,一种模型纳米孔碳.
- 为了比较吸附特性,使用ab initio量子力学潜能与实证潜能.
- 评估用于烟气分离的纳米孔碳中的CO2/N2选择性.
主要方法:
- 层次的多层次方法,结合量子力学 (QM) 和分子模拟.
- 初始QM计算以确定吸附剂-吸附剂相互作用潜力.
- 原子蒙特卡洛模拟用于预测吸附行为和选择性.
主要成果:
- 与实证的斯蒂尔电位相比,Ab initio电位为CO2和N2产生更高的吸附范围,能量和热量.
- 在高覆盖面上,通过增加其电四极矩来增强CO2吸附;N2吸附不受影响.
- 石 (C(168) 石显示出明显更高的CO2/N2选择性与ab初始潜力比斯蒂尔潜力,优于全石ZSM-5,但没有Na交换ZSM-5.
结论:
- 来自QM的精确吸附剂-吸附剂相互作用潜力对于可靠的气体吸附预测至关重要.
- 纳米多孔碳,特别是C(168) 石,显示了烟气分离的巨大潜力.
- 潜在模型的选择强烈影响预测的吸附和选择性,强调需要精确的模拟.
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