计算机分子模拟在活性炭吸附VOCs行为研究中的应用

2015年第15期第42卷总第305期广东化工www．gdchem．tom159炭的亲和力之所以低是因为其电荷密度较低；f2)羧基、羰基和羟基的存在提高了对HCN和丙酮的吸附能力；(3)具有C22和C33结构的活性炭表现出了最强的丙酮吸附能力【l“，这对活性炭的制备和改性提供了很好的依据。2分子动力学方法在吸附机理研究中的应用分子动力学(MD)是通过求解所有粒子的运动方程，得到各粒子的运动轨迹，通过时间平均得到宏观性质。因此它在获得平衡性质的同时还得到系统的传递性质(或动力学性质)，如动量、表面自由能、粘度及传递系数等。近年来，随着分子动力学理论的发展和计算机运算速度的不断提高，MD方法已用来研究多孔介质以及纳米微孔物理和化学吸附的机制，得到一些常规方法无法得到的微观信息。随着MD方法逐渐的应用在气固吸附机理的分子模拟中，许多MC方法研究的领域也能使用MD方法，并且也已成为取得吸附性质数据的重要手段及建立理论模型的主要依据，Boja等用分子动力学(MD)的方法代替MonteCarlo法对甲烷在300K时在一系列多孔模型上的吸附进行了模拟，并确定了相应的吸附容量。梁世强，徐靖中等探索了静电荷在极性分子的物理吸附过程中的控制作用，对甲醇在带静电荷的活性炭纤维(ACF)纳米孑L中的吸／脱附情况进行了分子动力学(MD)模拟研究。在引入静电荷的中孔AcF／甲醇吸附系统中，从模拟结果可以观测到孔内的甲醇分子扩散到吸附位的时间缩短、吸附冷凝的准液态甲醇密度增大、甲醇分子的空间排列有取向性、达到吸附平衡时系统能量显著降低等特殊现象，表明了静电荷增强了中孔AcF对甲醇分子的吸附作用，使吸附强度、稳定性和有序性有所提高，能够提高吸附容量和加快吸附速率。系统达到吸附平衡后再消除静电荷，升温至6O℃左右进行模拟，可以观察到比较明显的脱附趋势【l。3结语蒙特卡洛、分子动力学作为研究活性炭吸附VOCs吸附机理的两种重要的分子模拟方法。期望通过分子模拟从微观和本质上认识活性炭吸附VOCs的基础以及吸附平衡，揭示和发现规律及其原理，确定各种因素与吸附能力的关系，同时对选择和开发性能优良的吸附材料提供参考，从而降低操作成本。随着科学研究者对这方面重视，相应的理论研究会越来越多，模拟算法也会不断的成熟和完善，理论上就可以提供越准确的结果。参考文献f1]TsengTK，ChuH．n忙kineticsofcatalyticincinerationofstyreneoveraMnO／Fe203catalyst[J1．SciTotEnviron，2001，275(1．31：83—93．[2]梁宝生．国外开展挥发性有机化合物立法、标准和控制措施研究概况．环境污染与防治(网络版，2003．『31WatsonJG，ChowJC，FuiitaEM．Reviewofvolatileorganiccompoundsourceapportionmentbychemicalmassbalance[J1．AtmosphericEnvironment．2001，35(9、：1567一l584．『4]EdwardsRD，JurvelinJ，KoistinenK，eta1．VOCsonrceidentificationfrompersonalandresidentialindoor，outdoorandworkplacesamplesinExpolis-Helsinki，Finland[J]．AtmosphericEnvironment，2001，35(28)：4829-4841．[5]杨晓东，顾安忠．活性炭吸附的理论研究进展[J]．炭素，2000(4)：ll—l5．[6]朱字，陆小华，丁皓，等．分子模拟在化工应用中的若干问题及思考[J]．化工学报，2004，55(8)：12l3-1223．[7】印友法，朱卫华．巨正则系统蒙特卡洛法研究活性炭吸附[J]．炭素技术，1998(2)：1—5．[8]SHAOYOiang，RHYKERDCL，GUBBINSKE．Layering，freezingtransitions，caDillarycondensationanddiffusionofmethaneinslitcarbonpores[J1．MolecularPhysics，1993，79(2)：373—391．[9】曹达鹏，高广图，汪文川．巨正则系统MonteCarlo方法模拟甲烷在活性炭孔中的吸附存储[J1．化工学报，2000，51(1)：23．29．[10]DapengCao，WenchuanWang，ZhigangShen，eta1．DeterminationofporesizedistilbutionandadsorptionofmethaneandCC1onactivatedcarbonb