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随着经济的发展,挥发性有机物(VOC)逐渐成为继SOx、NOx后又一主要空气污染物,对其控制治理势在必行。活性炭作为常用吸附剂,因其具有较大比表面积和丰富的孔隙结构而被广泛用于VOCs的吸附。另外,通过对活性炭表面改性可以改变活性炭孔表面官能团的类型和数量,能够极大的提高对特定VOCs的吸附。但是,孔表面含氧官能团的增多,也一定程度上阻碍了吸附质在孔内的扩散。因此,孔表面的含氧官能团对VOCs吸附动力学影响有必要进行更深的探讨。 本文通过利用Materials Studio软件,建立不同孔径大小的狭缝孔,并在孔内分别植入不同摩尔比例的含氧官能团(羰基、羟基和羧基),然后利用分子动力学模拟(MD)研究丙酮、苯和乙醇三种不同极性大小的VOCs气体在不同改性孔内的扩散状态,以达到分析三种含氧官能团对不同极性分子孔内扩散影响的目的。模拟研究结论主要如下: (1)对于丙酮、苯和乙醇分子,随着分子在狭缝孔内负载量的增多,其孔内分子扩散系数均呈现降低趋势。 (2)对于丙酮和苯分子,当孔表面内未含有官能团时,分子扩散系数随孔径的扩大呈现先增高后降低的趋势。当孔表面添加含氧官能团后,分子扩散系数随着孔径扩大呈现单调递增趋势。但是当孔径扩大到一定程度后,无论孔表面是否含有官能团,分子扩散系数都趋近于某一个定值。 (3)对于丙酮、苯和乙醇分子,当孔表面植入不同摩尔比例的同种含氧官能团时,随着官能团的增多分子扩散系数均逐渐降低。当孔表面植入相同摩尔比例下的不同种类的含氧官能团时,对丙酮扩散影响次序从大到小为:COOH>OH>CO;对苯扩散影响次序从大到小为:COOH>OH≈CO;对乙醇分子扩散影响次序从大到小依次为:COOH≈OH>CO。 (4)总结影响同种分子在孔内扩散的三种主要因素:势能平滑度、自由体积分数和分子与孔表面相互作用能。势能平滑度是孔表面与吸附质分子间形成的势能面的平滑程度,因此,其主要在未植入含氧官能团时,对分子扩散影响较大。自由体积分数是孔内自由体积占孔内体积百分比,其对非极性苯分子和极性小的丙酮分子影响作用相对较大,而对于极性较大的乙醇分子影响较小。分子与孔表面相互作用能是分子与孔表面形成的势能大小,其对于极性的乙醇分子影响程度明显大于丙酮分子和苯分子。