【摘 要】
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金属有机骨架材料作为高比表面积、高孔隙率以及孔径尺寸可调的多孔材料,是一种极具潜力的CO2物理吸附剂.本文构建了-H、-F、-Cl、-NH2官能团功能化修饰的金属有机骨架kgm-1结构,通过巨正则蒙特卡罗模拟方法研究了不同压强下功能化修饰的金属有机骨架中CO2/N2吸附与分离行为,结果发现:CO2和N2的吸附量随着压强的升高而增加,功能化修饰对CO2吸附量的影响明显大于对N2吸附量的影响.在kgm-1-H、kgm-1-F、kgm-1-Cl、kgm-1-NH2四种构型中,-F修饰可以显著提高kgm-1的CO
【机 构】
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中国科学院 力学研究所,北京 100190;欧勒姆能源科技(北京)有限公司,北京 102206;中国石油大学(华东)材料科学与工程学院,山东 青岛 266580
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金属有机骨架材料作为高比表面积、高孔隙率以及孔径尺寸可调的多孔材料,是一种极具潜力的CO2物理吸附剂.本文构建了-H、-F、-Cl、-NH2官能团功能化修饰的金属有机骨架kgm-1结构,通过巨正则蒙特卡罗模拟方法研究了不同压强下功能化修饰的金属有机骨架中CO2/N2吸附与分离行为,结果发现:CO2和N2的吸附量随着压强的升高而增加,功能化修饰对CO2吸附量的影响明显大于对N2吸附量的影响.在kgm-1-H、kgm-1-F、kgm-1-Cl、kgm-1-NH2四种构型中,-F修饰可以显著提高kgm-1的CO2吸附量,并提高CO2/N2的选择吸附比;功能化修饰后的选择性顺序遵循kgm-1-F>kgm-1-H>kgm-1-Cl>kgm-1-NH2.通过气体分子-骨架间的相互作用力分析发现,骨架材料吸附气体分子主要是依靠骨架-气体分子间范德华力,极性官能团的引入明显提高了气体分子-骨架之间的相互作用力,尤其对于极性较强的CO2吸附,因此也提高了CO2/N2混合气体的选择吸附比.本文凸显了功能化效应对CO2/N2吸附与分离性能的影响,同时也为碳捕获与封存技术中吸附剂材料的设计与筛选提供了理论依据.
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