ITQ-3分子筛中甲烷和正丁烷混合物扩散性质的模拟

采用分子动力学方法先分别模拟了单组分的CH_4和C_4H_(10)在二维分子筛ITQ-3中的自扩散系数随负载N的变化。研究表明,在z轴方向的窄孔道中,自扩散系数随负载N的增加两者均表现出先增大后减小的扩散模式,而在y轴方向的宽孔道中,则随负载N的增加单调递减。之后,又模拟了二元组分CH_4和C_4H_(10)混合物在ITQ-3分子筛中随总原子数变化的扩散行为。结果发现,在z轴方向上,当负载N较小时,CH_4的扩散系数随总原子数的增多而增大;当负载N较大时,CH_4的扩散系数随总原子数的增多而减小。在y轴方向上,当负载N较小时,CH_4的扩散同z轴方向一样表现出随总原子数的增多而增大的现象,明显不同于单组分CH_4在y轴方向上的扩散;但随着负载N的增多,在z轴方向的孔道中发生堵塞效应的总原子数在y轴方向的孔道中仍处于过渡状态。

分子在ITQ-3分子筛窄孔道内扩散的过渡态理论模型

建立了一个基于过渡态理论的分子在ITQ-3窄孔道方向扩散的模型.该模型中,由于分子从空腔中的一个吸附位越过势垒到相邻的另一个空腔中的吸附位需要克服很大的势垒能,因而分子在势垒处可以简化处理为只存在排斥势,可得到扩散系数依赖温度和Lennard-Jones作用参数的解析关系.用分子动力学方法对CF4在ITQ-3上扩散进行了模拟并验证了解析关系的合理性.分子动力学模拟计算得到的扩散活化能、势垒能和吸附位势能与实际值相吻合.模拟结果也显示了扩散系数依赖于附载量,表现为先增大后减小的变化模式.扩散活化能的计算证实了这一变化机理,即当附载量增加时,由于处于空腔中的分子彼此抬高了势能,降低了扩散活化能,使得扩散系数随附载量的增加而增大,之后由于堵塞效应,扩散系数随附载量的增加而逐步减小.

简单气体在ITQ-3分子筛中扩散性质的分子动力学模拟

通过平衡分子动力学方法模拟了Ne,CH4和Ar在二维分子筛ITQ-3中的扩散,考察了两个不同方向上扩散系数与负载量之间的依赖关系.在窄孔径的Z方向上,扩散系数随负载量的增加先逐渐增大,而后逐渐减小;在宽孔径的Y轴方向,分子的扩散系数随负载量的增加而作单调减小.沿Z轴方向扩散势能曲线的计算,清晰地说明了出现这两种截然不同扩散模式的机理,即扩散系数随负载量的增加是通过降低扩散活化能实现的.模拟结果也说明了即便是同样一种空腔结构的分子筛,扩散也会因孔径和分子大小的不同而呈现出不同的对负载量的依赖关系.

受限于ITQ-3(ITE)中的Ar和CH_4扩散特性的分子动力学模拟

用分子动力学方法模拟了Ar和CH4在二维分子筛(ITQ-3)中的扩散行为,考察了两分子随时间变化的均方位移(MSD)图,并分别计算了随温度变化扩散系数的变化。总体来看,两种分子均是随温度的升高扩散系数增大,基本符合Einstein法求算扩散系数,其中Ar的扩散系数比CH4的小,同时表明了分子动力学模拟方法可以很好的测量分子的扩散系数,是一个有效的理论计算方法。

ITQ-3分子筛中二元混合分子扩散性质的模拟

采用平衡分子动力学方法先是模拟研究了纯组分Ar、SF_6以及CF4在ITQ-3分子筛中的扩散行为,结果表明,在窄孔道中Ar的扩散系数随负载的增加呈现先增加再减小的变化趋势,在宽孔道中则随负载逐渐减小。纯组分的大分子SF_6以及CF4只在y方向扩散,扩散系数与小分子在z方向的变化规律一致。随后,又模拟了二元混合组分SF_6和CF4在ITQ-3分子筛中的扩散行为,模拟结果与各自纯组分SF_6和CF4进行了对比,发现二元混合的SF_6和CF4整体变化趋势与其单组分保持一致,在y方向的扩散系数都是随着负载的增加而先增大后减小,但是两者之间还存在一种相互作用,使得在整个负载范围内扩散较快的CF4的扩散系数比纯组分的扩散系数相对小一些,而纯组分时扩散相对缓慢的SF_6在二元混合中的扩散系数则相对增大。