具有缺陷孔結(jié)構(gòu)的炭膜分離CO2/CH4混合氣的分子模

 

 

 

　　何流1, 趙昊瀚2, 李花1, 周子瑞1, 王同華1, 潘艷秋1

 

　　1大連理工大學(xué)化工學(xué)院, 遼寧 大連 116024;

 

　　2沈陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院有限公司, 遼寧 沈陽(yáng) 110001

 

　　2017, 68(8): 3100-3108

 

　　http://www.hgxb.com.cn/CN/Y2017/V68/I8/3100

 

　　文章簡(jiǎn)介：建立了更加接近炭膜微孔真實(shí)結(jié)構(gòu)的具有隨機(jī)缺陷、均勻缺陷與局部缺陷3種不同缺陷方式的Z字形炭膜微孔模型，并利用Monte Carlo方法與分子動(dòng)力學(xué)方法，對(duì)等摩爾CO2/CH4混合氣在炭膜缺陷孔中的吸附和擴(kuò)散過(guò)程進(jìn)行分子模擬，探討缺陷對(duì)炭膜氣體分離的影響。結(jié)果表明，CO2與CH4在缺陷炭膜孔模型內(nèi)的平衡吸附量與擴(kuò)散系數(shù)均低于無(wú)缺陷炭膜孔模型;3種缺陷模型中，隨機(jī)缺陷模型相比均勻缺陷與局部缺陷更加合理。研究結(jié)果可為炭膜氣體滲透機(jī)理的深入研究提供依據(jù)。

 

　　

 

 

 

　　工作亮點(diǎn)：向炭膜微孔中引入不同形式的缺陷，建立了更加接近炭膜孔結(jié)構(gòu)的物理模型，并基于表面擴(kuò)散機(jī)理對(duì)混合氣的分離進(jìn)行分子層面的計(jì)算機(jī)模擬，通過(guò)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比來(lái)確定更加合理的微孔缺陷方式，研究工作有較好的創(chuàng)新性。圖為：具有不同缺陷形式的Z字形炭膜微孔模型[圖(a)]，炭膜分離CO2/CH4混合氣示意圖[圖(b)]，混合氣在炭膜中的競(jìng)爭(zhēng)吸附現(xiàn)象[圖(c)] ，炭膜孔壁缺陷對(duì)氣體擴(kuò)散的影響[圖(d)]。

 

　　作者及團(tuán)隊(duì)介紹：

 

　　

 

 

 

　　潘艷秋教授：博士，博士生導(dǎo)師，大連理工大學(xué)化工與環(huán)境生命學(xué)部副部長(zhǎng)。主要研究方向?yàn)闊o(wú)機(jī)膜材料在化工分離過(guò)程中的應(yīng)用與機(jī)理研究。曾獲第六屆國(guó)家教學(xué)成果獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、遼寧省教學(xué)成果一等獎(jiǎng)、國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、高等學(xué)校自然科學(xué)成果獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、寶鋼教育基金獎(jiǎng)優(yōu)秀教師獎(jiǎng)、遼寧省職業(yè)道德標(biāo)兵、大連市三育人標(biāo)兵、大連市五一獎(jiǎng)?wù)碌葮s譽(yù)獎(jiǎng)項(xiàng)。任《化工學(xué)報(bào)》、《工程科學(xué)學(xué)報(bào)》等期刊審稿人。主持國(guó)家自然科學(xué)基金、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)等縱向科研項(xiàng)目，完成多項(xiàng)企業(yè)委托項(xiàng)目，在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文60余篇。

 

　　

 

 

 

 

　　課題組主要從事炭膜材料制備及化工傳遞與分離過(guò)程的研究，包括炭膜制備及應(yīng)用、無(wú)機(jī)膜分離過(guò)程機(jī)理及應(yīng)用、化工系統(tǒng)工程在實(shí)際工業(yè)過(guò)程中的應(yīng)用、化工過(guò)程模擬在化工新技術(shù)及交叉學(xué)科領(lǐng)域的應(yīng)用。主要研究領(lǐng)域有：

 

　　●無(wú)機(jī)膜分離過(guò)程：利用陶瓷膜、炭膜(自制)等無(wú)機(jī)膜分離乳化液、含鹽廢水、混合氣等過(guò)程的機(jī)理研究與應(yīng)用開(kāi)發(fā)。

 

　　●化工系統(tǒng)工程：應(yīng)用過(guò)程系統(tǒng)的理論和方法，以節(jié)能減排增效為目的，對(duì)現(xiàn)有化學(xué)工業(yè)流程進(jìn)行傳質(zhì)與傳熱方面的優(yōu)化。

 

　　●化工過(guò)程模擬：利用數(shù)值模擬、分子模擬等方法，對(duì)微通道、膜分離等新型化工技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與流程模擬。