地质埋存下CO_(2)在盖层中吸附扩散行为的微观机理研究

为解决温室气体减排领域中二氧化碳(CO_(2))地质埋存的关键问题,采用分子模拟手段(巨正则蒙特卡洛模拟、分子动力学模拟、密度泛函理论),对CO_(2)在SiO_(2)纳米狭缝中的吸附扩散行为进行了理论计算研究。研究表明:在SiO_(2)纳米狭缝中,CO_(2)吸附量随着压力的升高和温度的降低而增强,且亲水性的SiO_(2)纳米狭缝比亲油性SiO_(2)纳米狭缝的CO_(2)吸附量大;随着狭缝宽度的增加,CO_(2)吸附和扩散能力也逐渐增强。此外,根据吸附能、吸附高度和电荷转移量等参数分析了CO_(2)在不同润湿性SiO_(2)表面吸附的微观机理。研究结果为理解不同岩石物性的SiO_(2)狭缝表面与CO_(2)的相互作用机制提供了分子水平上的见解,这对于解释CO_(2)分子在盖层中的吸附机理以及在地层中的长期封存具有重要的理论指导意义。

不同温度压力下煤对CO_(2)吸附扩散规律研究

针对煤炭开采深度增加,瓦斯开采难度大的问题,应用模拟软件Materials Studio,微观模拟了不同温度和压力下CO_(2)分子的吸附、扩散规律;基于分子动力学的方法模拟得到了CO_(2)均方位移与时间的关系。结果表明:在15、25、30、35℃的等温吸附曲线中,CO_(2)吸附量随温度的升高而逐渐降低,说明在低温状态下有利于CO_(2)地质封存;CO_(2)在煤中的自扩散系数、校正扩散系数和传递扩散系数的值均随着温度、压力的升高而增大,且在35℃,3.5 MPa时达到最大值。

受限空间煤粒瓦斯吸附扩散特性及模型适配差异分析

瓦斯吸附扩散系数与解吸扩散系数存在差异,而直接采用定压边界的单孔扩散模型拟含吸附数据从而获得定容条件下的吸附扩散系数有所欠妥。为了对比定压扩散模型和定容扩散模型的拟合差异,正确评价不同边界条件下的瓦斯扩散过程,采用工业分析、等温吸附及吸附扩散动力学试验的方法,对不同初始压力下煤粒的吸附平衡过程及扩散系数变化进行了试验研究。研究发现,定容条件下试验煤样吸附压力随吸附时间呈对数曲线逐渐降低,而吸附平衡时间的长短由煤体的孔隙结构决定。另外,根据真实气体状态方程,可将压降规律转换为吸附规律。利用定容和定压2种扩散模型对瓦斯吸附扩散规律进行拟合,可以发现定容扩散模型要比定压扩散模型拟合效果好,且定压模型测得的扩散系数较之真正的定容扩散系数要大约2倍,并随着初始压力的增加其倍数逐渐增大。恒定压力的边界相当于给了瓦斯分子一个容易逸散的空间,相较于浓度逐渐升高的定容边界来说,扩散难度更小,扩散系数更大。最后,根据定压扩散系数以及定容扩散系数的差异,确定了试验中以及工程中2种扩散系数的应用范围:定压扩散模型适合描述试验中的定压吸附或者定压解吸试验,以及工程中煤层卸压区等高渗区的瓦斯运移规律。相对地,定容扩散模型则适合描述试验中的定容吸附或定容解吸试验,以及工程中被煤层低渗区隔绝的瓦斯运移规律,如应力集中区隔绝的区域或断层、褶曲等构造煤发育的部位。

Co-Mo/γ-Al_2O_3加氢脱硫催化剂的吸附扩散性能

用智能质量分析仪(Intelligent Gravimetric Analyser)测得了不同温度下异戊二烯(Isoprene)、戊烯-1(Pentene-1)及噻吩(Thiophene)在Co-Mo/γ-Al2O3选择性加氢脱硫催化剂上的吸附-脱附等温线及程序升温脱附曲线(TPD),并研究了三者在该催化剂上的扩散性能。结果表明,噻吩、异戊二烯、戊烯-1在Co-Mo/γ-Al2O3选择性加氢脱硫催化剂上的饱和吸附量依次降低;噻吩与该催化剂存在2种吸附作用,即物理吸附和化学吸附,化学吸附形成Co-Mo-S相,可有效地提高加氢脱硫催化剂的脱硫效果,而戊烯-1和异戊二烯在该催化剂上只存在1种弱吸附作用;3种吸附质中,戊烯-1相对扩散系数最大,噻吩和异戊二烯的相对扩散系数较小且相近。

原子H在Cu(100)(111)(110)上的吸附扩散研究

采用 5 MP势方法 ,对原子氢在金属Cu的 3个低指数面上的吸附特性 ,如吸附几何、吸附能、振动频率等以及吸附扩散势能面结构进行了比较系统的研究 ,计算结果显示低温低覆盖条件下 ,氢原子在Cu( 110 )表面上只存在赝式三重位和长桥位吸附态 ,没有短桥位吸附态 ,并且获得了实验和理论的支持 .

正辛烷在NaY/β复合分子筛上的吸附扩散

采用频率响应(FR)和智能重量分析(IGA)技术考察了正辛烷在NaY、Hβ、NaY/β复合分子筛,以及NaY和Hβ质量比为1的机械混合物(记为NaY+β)上的吸附和扩散。结果表明,333K下,在79.99~133.32Pa范围内,正辛烷在4种分子筛上的吸附过程为其传质过程的速控步骤,并存在2种不同的吸附过程,FR响应强度值由大到小的吸附剂顺序为NaY、NaY+β、Hβ、NaY/β;大于399.97Pa时,扩散过程是主要的传质速控步骤,扩散系数由大到小的吸附剂顺序为NaY/β、NaY+β、NaY、Hβ。正辛烷与NaY分子筛的作用力明显强于其与Hβ、NaY/β和NaY+β的作用力。

烷烃在ZSM-5分子筛上吸附扩散的气相色谱研究

利用气相色谱法测定了不同色谱柱温度和不同载气流速下,C1~12烷烃在ZSM-5分子筛上的保留时间,并利用相关公式对测试结果进行了线性回归分析,测得了吸附热力学参数和扩散系数;考察了色谱柱温度、烷烃碳链长度和载气流速对烷烃在ZSM-5分子筛上吸附扩散的影响。实验结果表明,回归分析的线性相关性良好,色谱柱温度越高,孔道对吸附质的吸附能力越弱;在不同载气流速下,轴向扩散系数不同;随烷烃碳链长度的增加,吸附焓变呈先增大后减小的趋势,轴向扩散系数呈线性增长;C1~12烷烃在ZSM-5分子筛上的吸附焓变在-1.264^-42.975 k J/mol之间;当载气流速为2.654~4.246 cm/s时,C1~4烷烃的轴向扩散系数在0.328 8~0.551 7 cm2/s之间;当载气流速为5.308~13.270 cm/s时,C1~4烷烃的轴向扩散系数在0.430 2~1.456 4 cm2/s之间。

频率响应法研究苯在Y型分子筛上的吸附扩散行为

以NaY和HY分子筛为研究对象,运用N2吸附表征两种Y型分子筛的物化性能;以苯为芳烃的模型化合物,采用频率响应技术(FR)和智能重量分析技术(IGA)相结合的方法,研究了苯在Y型分子筛上的吸附扩散行为。研究发现,苯与NaY分子筛骨架中Na+的相互作用大于苯与HY分子筛中B酸的相互作用,并且高温有利于苯在分子筛上的扩散。FR技术能够有效的识别客体分子在分子筛微孔孔道内发生的不同传质过程,并能识别出作用力的强弱,是研究微孔材料动力学的有效方法和手段。

噻吩和苯在液相CeY分子筛上的吸附扩散性能

采用频率响应技术和程序升温脱附技术,研究了模型化合物(噻吩和苯)在液相CeY(L-CeY)分子筛上的吸附扩散性能。结果表明,在L-CeY分子筛上,噻吩传质过程为吸附过程,同时存在低频吸附和高频吸附,且通过S—Ce和π络合作用2种方式吸附。苯在L-CeY分子筛上传质过程为扩散过程,作用力较弱,通过π络合作用吸附。

活性橙5在苎麻纤维液氨染色中的吸附扩散行为研究

采用环氧丙基三甲基氯化铵对苎麻纱线进行阳离子改性.对未改性和阳离子改性的苎麻纱线使用活性橙5在液氨中于-35℃、浴比1∶35、染色时间10~600 s、染料用量1%~100%（omf）进行染色.结果表明,未改性和改性的苎麻纱线在液氨染色中,染料的竭染率随染色时间的延长而增加,分别在60 s和180 s时趋于稳定,其对应的竭染率分别为24.3%和31.7%;最大竭染率在600 s,分别为26.5%和34.5%,阳离子改性提高染料竭染率约8%.在此染色条件下,活性橙5在未改性和改性苎麻纱线上的扩散系数分别为4.012×10-14和1.673×10-14m2/s.液氨染色过程的动力学以准一级动力学模型和准二级动力学模型进行分析,结果表明,阳离子改性和未改性苎麻纱线的染色过程均符合准二级动力学模型.液氨染色过程的等温吸附模型运用Freundlich和Langmuir模型进行分析,结果表明,未改性苎麻纱线的染色吸附过程符合Freundlich等温吸附模型;而阳离子改性苎麻纱线的染色吸附过程符合Langmuir等温吸附模型.

水和甲醇在磺化聚醚砜膜中的吸附扩散研究

应用时间分辨的衰减全反射傅里叶变换红外光谱技术,分别跟踪水与甲醇在磺化聚醚砜(SPES)质子交换膜中的吸附扩散行为,研究水、甲醇与SPES的相互作用及变化.结果表明,水和甲醇在扩散过程中与磺化聚醚砜膜形成3种不同状态的羟基,一种与磺酸基团-SO3H形成氢键,另两种是水分子之间形成的较弱氢键、较强氢键形式.与水浸泡的SPES膜相比,气相扩散过程中水分子之间更多地形成了较弱氢键,-OH伸缩振动吸收峰红移65 cm-1,同时-OH弯曲振动吸收峰蓝移.甲醇在SPES膜扩散中,表现出类似性质,但-OH伸缩振动吸收峰红移较弱,约为12cm-1.这种具有较弱氢键的水分子更容易与质子形成水合质子,有助于质子在SPES膜中的跃迁与传递.

基于分子模拟的煤中甲烷吸附扩散行为研究现状及展望

煤层中甲烷既是一种优质清洁能源,又是一种矿井灾害源。由于煤分子结构复杂,实验方法难以表征煤中分子微小尺度的吸附扩散行为。随着现代计算机信息科学和统计力学理论的发展,分子模拟方法突破了传统实验宏观的理论研究路线,使得从分子尺度研究煤中甲烷吸附扩散行为成为可能。目前更多科研学者从煤结构特征、孔径分布特性和气体吸附扩散特性等方面,以微观角度来揭示煤层中甲烷运移和积聚规律,从而有效地解决了实验室的一些难题,为甲烷抽采提供了更多理论与方法上的指导。通过调研煤中甲烷吸附扩散分子模拟的研究现状,深入分析了煤对甲烷等气体的吸附扩散微观机理及规律,并探讨了该研究领域亟需解决的问题。

新景矿块煤瓦斯吸附扩散动力过程的实验分析

用高压容量法对瓦斯气体在煤体中的吸附和扩散动力过程进行了实验分析，实验表明煤体瓦斯吸附过程也是一个扩散渗透并存的动态过程，直到吸附平衡为止。同时测定了煤样吸附常数a、b值。

基于蒙特卡罗的硫化氢吸附-扩散机理

为了明确硫化氢(H_(2)S)在煤中吸附扩散的微观动力学机理,揭示不同温度、压力对煤吸附H_(2)S分子吸附扩散特性的影响机制,基于巨正则蒙特卡罗(GCMC)、分子动力学(MD)和密度泛函理论(DFT)方法,利用Material Studio软件研究了温度在273.15~313.15 K、压力1~1 000 kPa时H_(2)S在气肥煤大分子模型中的吸附扩散特征。结果表明:温度由273.15 K升至313.15 K时,H_(2)S的饱和吸附量由38.34 mL/g降至31.85 mL/g,降低了16.93%,当压力为1 kPa时,温度对吸附量的影响最为敏感。温度为293.15 K时,压力由1 kPa升至1 000 kPa时,最可几相互作用能由-39.391 kJ/mol升至-34.301 kJ/mol,随着压力的增加,最可几相互作用能先快速增加,后缓慢增加。在吸附H_(2)S过程中,H_(2)S的等量吸附热在36.63~41.43 kJ/mol内,为物理吸附,等量吸附热随着吸附量的增加呈现出负指数变化;H_(2)S的吉布斯自由能ΔG为-3.57~-24.57 kJ/mol,吸附熵ΔS为-0.126~-0.194 8 kJ/(mol·K),随吸附量升高ΔG和ΔS的绝对值线性降低,H_(2)S的吸附自发性和系统的混沌程度均降低。H_(2)S与气肥煤的相互作用能为-492.47~-3 390.95 kJ/mol,以范德华能为主,占总能量的58.67%,以静电能为辅,占41.33%,随着吸附量的增加,相互作用能绝对值增加,吸附量与相互作用能的变化具有一致性。H_(2)S与羧基的相互作用最强,羟基次之,H_(2)S在—OH、—COOH、—C=O周围存在双层吸附。温度由273.15 K升至313.15 K,H_(2)S分子的扩散系数由1.066×10^(-10)m^(2)/s升至2.025×10^(-10)m^(2)/s,温度升高会导致原本闭合的孔吼孔道打开,增加裂隙的连通性,温度升高,增加H_(2)S分子平均自由程,使得H_(2)S扩散能力增强,H_(2)S扩散活化能为11.206 kJ/mol。H_(2)S相对体积分数分布呈现多峰结构,H_(2)S在气肥煤大分子模型中呈层状结构分布。H_(2)S的极限吸附热为42.898 kJ/mol,H_(2)S与煤体上—OH、—COOH、—C=O活性基团产生氢键作用,H_(2)S在吸附初期存在微弱的化学吸附。

Li在单层TiSe2吸附与扩散的第一性原理研究

通过密度泛函理论计算方法,研究Li在单层二硒化钛(TiSe2)的吸附与扩散行为,评估其用作锂离子电池电极材料的潜能。结果表明:Li吸附在单层TiSe2具有适宜的吸附能,且在T位点的吸附更稳定。Li在单层TiSe2的吸附过程使体系导电性提升,显示金属特性。差分电荷密度分析证明Li与TiSe2间主要是离子键。最后,计算得出Li在单层TiSe2的扩散能垒较低(0.23 eV),具有较高的速率性能。证明单层TiSe2有作为高性能锂离子电池负极材料的潜能。

考虑对流-扩散-吸附-降解时成层介质中有机污染物一维运移的解析模型

针对成层介质中有机污染物一维运移问题,建立了考虑对流-扩散-吸附-降解时成层介质中有机污染物的一维运移模型,并采用分离变量法获得了该模型解析解。通过将一维运移解析模型的计算结果分别与现有解析解的计算结果和数值方法的计算结果进行对比分析,对所建模型正确性进行了验证。基于所建解析模型,以4层土体为例,对有机污染物一维运移过程展开了参数分析。结果表明,渗滤液水头hw引起的对流作用会加快运移过程,增大底部通量。与hw为0.0 m时相比,hw为2.0m下的底部通量可增大一个数量级以上;降解作用会降低质量浓度和底部通量。当运移过程达到稳态时,与降解半衰期t1/2趋近于无穷大时相比,t1/2为100a下的底部通量可降低约45%;Robin边界常数α的增大会使得底部范围内的质量浓度降低,同时也会使得底部通量增大,但不同α下的底部通量在同一数量级内变化。

粒径、水分对煤中甲烷的吸附-扩散实验研究

为了研究粒径、水分对煤中甲烷的吸附、扩散影响,进行了甲烷等温吸附-扩散实验。选取潞安古城矿区3号煤,制成60~80目的煤样,在30℃恒定温度,相同的平衡压力条件下进行吸附扩散实验,对比分析研究甲烷在不同粒径、含水煤样中的扩散量、扩散速度的差异。通过实验发现：在相同的吸附平衡压力下,同一水分不同粒径煤样,同一时间大粒径煤中甲烷扩散量和扩散速度均小于小粒径的扩散量和扩散速度;同一粒径不同含水煤样,同一时间煤样含水量越小,瓦斯解吸量越大,水分对瓦斯解吸起着明显的抑制作用,煤样含水量越高,同一时间瓦斯解吸速度越小,随着时间的增加解吸速度逐渐缓慢。研究不同主控因素下的甲烷扩散规律,对煤层气开发和矿井瓦斯灾害防治有很好的指导意义。

叶片泵定子表面添加剂吸附扩散处理研究

针对叶片泵在高速高压条件下易出现擦伤等失效，对叶片泵定子表面采用了添加剂吸附扩散处理的方法．研究结果表明，该方法可以大幅度提高叶片泵定子与叶片接触表面的抗擦伤能力，使叶片泵的高速高压性能明显改善．

不同煤阶煤对甲烷的吸附-扩散实验研究

为了研究甲烷在不同煤阶煤中的吸附、扩散特性及规律,进行了等温甲烷吸附解吸实验。选取新疆阜康矿区长焰煤、潞安高河矿区贫瘦煤2种煤,制成60~80目的煤样,在30℃恒定温度,相同的平衡压力条件下进行吸附扩散实验,对比分析研究甲烷在不同煤阶中的扩散量、扩散率、扩散系数的差异,并解释其产生差异的原因:相同条件下,阜康矿区长焰煤扩散量小于高河矿区贫瘦煤的扩散量,原因是吸附量与煤的比表面积有关,贫瘦煤中微孔和过渡孔发育,其比表面积比长焰煤的更大,有利于吸附的缘故;阜康矿区长焰煤扩散率大于高河矿区贫瘦煤的扩散率,原因是长焰煤中大孔和中孔所占比例大于高变质程度的贫瘦煤,孔隙连通性好、渗透性强,有利于甲烷的扩散;阜康矿区长焰煤扩系数大于高河矿区贫瘦煤的扩散系数;根据公式扩散系数与扩散率成正相关,其规律性与扩散率规律一致。

甲苯在加氢裂化催化剂上吸附和扩散行为的研究

采用频率响应(Frequency Response,FR)法研究了在相同条件下甲苯在NaY分子筛和高岭土改性NaY分子筛上的吸附扩散性能。结果表明甲苯在高岭土改性NaY分子筛上的传质是一速率较快的过程,相比NaY分子筛,容易脱附。由于甲苯在NaY分子筛和高岭土改性NaY分子筛上的作用模式的差异性,从而说明高岭土改性NaY分子筛在一定的条件下更容易影响烃类分子反应过程中的扩散和反应性能。