具有缺陷孔結構的炭膜分離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大連理工大學化工學院, 遼寧 大連 116024;

 

　　2沈陽鋁鎂設計研究院有限公司, 遼寧 沈陽 110001

 

　　2017, 68(8): 3100-3108

 

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

 

　　文章簡介：建立了更加接近炭膜微孔真實結構的具有隨機缺陷、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方法與分子動力學方法，對等摩爾CO2/CH4混合氣在炭膜缺陷孔中的吸附和擴散過程進行分子模擬，探討缺陷對炭膜氣體分離的影響。結果表明，CO2與CH4在缺陷炭膜孔模型內的平衡吸附量與擴散系數均低于無缺陷炭膜孔模型;3種缺陷模型中，隨機缺陷模型相比均勻缺陷與局部缺陷更加合理。研究結果可為炭膜氣體滲透機理的深入研究提供依據。

 

　　

 

 

 

　　工作亮點：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構的物理模型，并基于表面擴散機理對混合氣的分離進行分子層面的計算機模擬，通過與實驗結果對比來確定更加合理的微孔缺陷方式，研究工作有較好的創新性。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爭吸附現象[圖(c)] ，炭膜孔壁缺陷對氣體擴散的影響[圖(d)]。

 

　　作者及團隊介紹：

 

　　

 

 

 

　　潘艷秋教授：博士，博士生導師，大連理工大學化工與環境生命學部副部長。主要研究方向為無機膜材料在化工分離過程中的應用與機理研究。曾獲第六屆國家教學成果獎二等獎、遼寧省教學成果一等獎、國家科技進步二等獎、高等學校自然科學成果獎一等獎、寶鋼教育基金獎優秀教師獎、遼寧省職業道德標兵、大連市三育人標兵、大連市五一獎章等榮譽獎項。任《化工學報》、《工程科學學報》等期刊審稿人。主持國家自然科學基金、中央高校基本科研業務費等縱向科研項目，完成多項企業委托項目，在國內外學術期刊上發表論文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程的研究，包括炭膜制備及應用、無機膜分離過程機理及應用、化工系統工程在實際工業過程中的應用、化工過程模擬在化工新技術及交叉學科領域的應用。主要研究領域有：

 

　　●無機膜分離過程：利用陶瓷膜、炭膜(自制)等無機膜分離乳化液、含鹽廢水、混合氣等過程的機理研究與應用開發。

 

　　●化工系統工程：應用過程系統的理論和方法，以節能減排增效為目的，對現有化學工業流程進行傳質與傳熱方面的優化。

 

　　●化工過程模擬：利用數值模擬、分子模擬等方法，對微通道、膜分離等新型化工技術進行結構設計與流程模擬。