1 材料科学与工程学院 中国石油大学(华东), 青岛 266580
2 理学院 中国石油大学(华东), 青岛 266580
金属有机框架(MOFs)材料在CO2的捕获与分离方面受到广泛关注。本工作结合分子动力学(MD)和巨正则蒙特卡洛(GCMC)模拟方法探究了一种MOFs材料DUT-49的负性气体吸附过程及结构转变对CO2/N2吸附分离行为的影响。结果表明: 在20~60 MPa的压强下, DUT-49均发生可稳定存在的结构变形, 实现开孔(DUT-49-op)和闭孔(DUT-49-cp)状态的转变。DUT-49气体吸附量随温度升高而下降。DUT-49-cp的框架收缩, 气体有效吸附位点减少, 吸附量明显降低。此外, 与DUT-49-op相比, DUT-49-cp中CO2/N2选择性明显降低, 且随温度升高而下降, 不利于气体分离。本工作的研究结果为吸附剂材料的开发提供了科学依据。
金属有机框架 结构转变 气体吸附与分离 metal organic framework structural transition gas adsorption and separation
中国石油大学(华东) 材料科学与工程学院, 青岛 266580
碳捕获与封存技术是一种具有前景的CO2减排策略。本工作采用巨正则蒙特卡洛模拟研究了温度为298 K、压强在0~5 kPa范围内三种混合超微孔材料SIFSIX-X-Cu(以SiF62-排列, Cu为金属中心, X=2, 3, O)中CO2/N2吸附与分离的行为。结果显示, 相比于SIFSIX-2-Cu, SIFSIX-3-Cu和SIFSIX-O-Cu中CO2在0.5 kPa就达到吸附饱和, 且在1 kPa下的吸附量分别达到了2.70与2.39 mmol·g -1。CO2/N2混合气体中CO2的吸附量几乎没有下降。SIFSIX-3-Cu和SIFSIX-O-Cu具有接近于CO2分子动力学直径的孔径, 对CO2亲和力较大, 吸附热分别达到了59和66 kJ·mol -1。密度泛函理论分析发现, 在两种结构中每个孔隙只吸附一个CO2分子, 且几乎处于孔道的中心。本工作为低压下吸附与分离CO2的混合超微孔材料的开发提供了理论指导。
巨正则蒙特卡洛 混合超微孔材料 吸附 分离 grand-canonical Monte Carlo hybrid microporous materials adsorption separation