分子模拟技术用于活性炭吸附苯的性能机理研究

发布时间：2025-06-06 02:37

　　挥发性有机物(VOCs)作为大气污染的重要原因之一,是近年来我国大气环境保护管控的重点对象。苯作为VOCs中的常见组分,并且具有一定的毒性,往往需要重点处理。活性炭由于其大的比表面积、广泛的孔径分布,被认为是用于苯吸附回收的最广泛吸附材料。考虑到虽然活性炭吸附苯的实验研究已经较多,但实验过程往往难以对吸附过程的微观机理进行分析,因此,本文研究以计算机分子模拟技术为基础,通过活性炭模型建立和苯分子吸附模拟过程,分析了苯在活性炭结构中的微观吸附机理,从而一方面弥补了实验研究的短板,另一方面可以为活性炭的改性和定向设计研究提供一定的参考。本文以文献报道的真实活性炭特征参数为基础,构建了结构灵活、孔径可调的多种活性炭模型。进一步利用蒙特卡罗模拟和分子动力学模拟研究活性炭对苯的吸附性能和吸附行为,分析苯在活性炭上的微观吸附机理。通过研究活性炭吸附苯的过程,发现温度为273.15K时,活性炭对苯的吸附速率和吸附量很大。在9-11(?),10-12(?)等孔径较小的活性炭结构中,温度的升高对活性炭吸附苯的抑制作用影响较小。当孔径增大到21(?)以上,活性炭的吸附受温度的影响较大。另一方面,对活性炭进行...

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1狭缝孔模型[101]

狭缝孔模型是由Everett和Powl[101]最早提出的碳模型之一,由无穷大的石墨烯层通过狭缝状的孔堆叠而成,如图1-1所示。但是孔隙形状单一,忽略了边缘效应,未能表现出特殊的碳结构形态和孔隙之间的构造,在吸附模拟过程中无法正确解释吸附内在机理以及材料的吸附热和扩散热等。炭圆盘....

图1-2炭圆盘模型

炭圆盘模型和焦炭模型是通过反向蒙特卡罗和混合反向蒙特卡罗模拟实验合成过程,通过分子动力学实现模拟,重整无序的sp2杂化碳从而得到的模型[102]。如图1-2和1-3反向蒙特卡罗法将碳材料的各种结构元素重新排列并与核磁共振、X射线衍射等实验数据匹配,从而构建具有复杂结构的炭模型,但....

图1-3焦炭模型

图1-2炭圆盘模型虚拟多孔炭模型是以石墨片微元为单元,随机放入晶胞中组合成一定密度的比较接近真实活性炭的无序纳米多孔结构[104]。该方法得到的模型足够灵活,可以系统地调整参数,并且可以与实验表征结果高度匹配,比较切合真实的活性炭结构,是目前应用最广泛的活性炭建模方法。Baris....

图1-4技术路线图

本课题的总体研究方法和技术路线如图1-4所示。1.6.3研究目标

本文编号：4049656