计算机模拟MCM41沸石分子筛吸附CO性能的研究

题目：计算机模拟 MCM-41沸石分子筛吸附 CO性能的研究完成日期： 2013 年 6 月 计算机模拟 MCM-41 沸石分子筛吸附 CO 性能的研究摘要：MCM-41 是 M41S 族中的典型代表 ,它具有六方有序的孔道结构，孔径尺寸可随合成时加入导向剂及合成件的不同在 (1.510) nm 之间变化，MCM-41 孔径均匀，具有较高的比表面积(1000m2 /g)和大的吸附容量(0. 7mL/g)，有利于有机分子的自由扩散。是优良的催化剂载体。这种新型的介孔分子筛具有稳定的骨架结构、孔道规则排列有序、孔径分布窄等优点，填补了大分子催化材料的空缺。相较于老式的沸石分子筛材料，MCM-41 介孔分子筛最大的优势就在于：MCM-41 介孔分子筛的孔径大大超出了常规沸石分子筛（孔径小于 1.5nm 的孔径范围） 。MCM-41 被广泛用于吸附、分离、催化等领域由于其理想的结构，可用于现有吸附理论的检验和发展。该课题的最大意义在于，可以将研究结果应用于汽车尾气中 CO 去除，工业废气中 CO 的分离，煤矿坑道气中 CO的分离和去除以及 CO 气体的浓缩等等。本文使用计算机，运用 Material Studio 4.3 软件建立了 MCM-41 沸石分子筛和 CO 分子模型，并采用巨正则蒙特卡罗（GCMC ）分子模拟法模拟了在不同温度和力场条件下，MCM-41 沸石分子筛对 CO 的吸附量，并通过对数据的对比分析，得出了吸附量与温度、压力、力场之间的关系，为MCM-41 沸石分子筛在实际生产中的应用奠定了一定的基础。关键词：MCM-41 沸石分子筛；巨正则蒙特卡罗（GCMC） ；吸附；分子模拟Computer simulation of MCM - 41 zeolite molecular sieveadsorption performance of the COAbstract: MCM - 41 is a typical representative of the M41S family,It has six party ordered pore structure,MCM - 41 has uniform aperture, high specific surface area (1000 m2/g) and larger adsorption capacity (0. 7 ml/g), is conducive to the free diffusion of organic molecules. Its a good catalyst carrier. This new type of mesoporous molecular sieve has the stable skeleton structure, channel rules orderly, narrow pore size distribution, etc;to compensate for the loss of the macromolecule catalytic materials. Compared with the old material of zeolite molecular sieves, MCM - 41 mesoporous molecular sieve is that: the biggest advantage of MCM - 41 mesoporous molecular sieve aperture is greatly beyond the conventional zeolite molecular sieves (pore size less than the diameter of 1.5 nm range). Due to its ideal structure,MCM - 41 was widely used in adsorption, separation, catalysis and other fields . In addition,it can be used for the inspection of existing adsorption theory and development. The greatest sense of the subject is that the results can be used in the automobile collect CO, CO separation in industrial waste gas, the coal mine tunnel CO in the gas separation and removal and CO gas enrichment, and so on.In this paper, using the computer and the Material Studio 4.3 software established the MCM - 41 zeolite molecular sieve and CO molecule model, and using grand canonical monte carlo (GCMC) molecular simulation method is simulated under different conditions of temperature and force field, MCM - 41 zeolite molecular sieve adsorption of CO, and through the comparison and analysis of data, the adsorption quantity is obtained and the relationship between the temperature, pressure, force field of MCM - 41 zeolite molecular sieve in the actual production application laid a certain foundation.Key words: MCM - 41 zeolite molecular sieve; Grand Canonical Ensemble Monte Carlo (GCMC); Adsorption; Molecular simulation目 录一、绪论 .- 1 -1.1 课题研究的背景 .- 1 -1.2 课题研究的目的和意义 .- 2 -1.3 国内外相关课题的研究现状 .- 3 -1.4 选题依据及论文设想 .- 6 -二、 MCM-41 沸石分子筛 .- 8 -2.1 MCM-41 沸石分子筛的结构 .- 8 -2.2 MCM-41 沸石分子筛结构模型的建立 .- 9 -2.3 MCM-41 沸石分子筛的吸附原理 .- 12 -2.4 MCM-41 沸石分子筛的实验室制备 .- 12 -2.4.1 实验仪器及药品 .- 13 -1.实验仪器 .- 13 -2. 实验药品 .- 13 -2.4.2 实验部分 .- 13 -2.5 MCM-41 沸石分子筛的应用 .- 14 -三、计算软件和理论计算方法 .- 17 -3.1 计算软件-Material Studio .- 17 -3.1.1 诞生背景 .- 17 - 3.1.2 软件概况 .- 17 - 3.1.3 模块简介 .- 17 -3.1.4 力场简介 .- 19 -3.2 理论计算方法-GCMC .- 22 -3.3 计算过程 .- 24 -四、结果与讨论 .- 25 -4.1 温度对 MCM-41 沸石分子筛吸附性能的影响 .- 25 -4.1.1 COMPASS 力场下温度对 MCM-41 沸石分子筛吸附性能的影响 .- 25 -4.1.2 Universal 力场下温度对 MCM-41 沸石分子筛吸附性能的影响 .- 26 -4.1.3 cvff 力场下温度对 MCM-41 沸石分子筛吸附性能的影响 .- 27 -4.1.4 力场、温度对 MCM-41 沸石分子筛吸附 CO 能力的影响 .- 28 -4.2 压力对 MCM-41 沸石分子筛吸附性能的影响 .- 29 -4.2.1 COMPASS 力场下，压力对 MCM-41 沸石分子筛吸附性能的影响 .- 29 -4.2.2 Universal 力场下压力对 MCM-41 沸石分子筛吸附性能的影响 .- 30 -4.2.3 cvff 力场下压力对 MCM-41 沸石分子筛吸附性能的影响 .- 30 -4.2.4 力场、压力对 MCM-41 沸石分子筛吸附性能的影响 .- 31 -4.3 结论 .- 32 -参考文献 .- 33 -致 谢 .- 35 -2015 毕业论文专题百手起驾 整理为您一、绪论1.1 课题研究的背景一氧化碳（carbon monoxide, CO）纯品为无色、无臭、无刺激性的气体。分子量 28.01，密度 1.250g/L，冰点为 -207，沸点-190。在水中的溶解度甚低。空气混合爆炸极限为 12.5%74% 。一氧化碳进入人体之后会和血液中的血红蛋白结合，进而使血红蛋白不能与氧气结合，从而引起机体组织出现缺氧，导致人体窒息死亡。因此一氧化碳具有毒性。一氧化碳是无色、无臭、无味的气体，故易于忽略而致中毒。常见于家庭居室通风差的情况下，煤炉产生的煤气或液化气管道漏气或工业生产煤气以及矿井中的一氧化碳吸入而致中毒。一氧化碳的吸附浓缩便具有了一定的意义。 1992 年,Kresge 等人在 Nature 杂志上首次报道了一种名为MCM-41 的有序介孔材料，它是一种新型的纳米结构材料，具有孔道呈六方有序排列、大小均匀、孔径可在 210nm 范围内连续调节、比表面积大等特点。MCM-41 合成区别于传统 Molecule 分子筛合成的最大特点是所用模板剂不同，传统沸石或 Molecule 分子筛的合成是以单个有机小Molecule 分子或金属离子为模板剂，以 ZSM-5 为例，所用典型模板剂为四丙基胺离子，晶体是通过酸盐在模板剂周围的缩聚形成的。而 MCM-41 的合成则不同，它是以大 Molecule 分子表面活性剂为模板剂，模板剂的烷基链一般多于 10 个碳原子，关于它的形成目前已提出两种机理，而且仍不断进行改进及完善。石河子大学化学化工学院2百手起驾 整理为您与其它沸石材料相比，MCM-41 的骨架铝物种热稳定性相对较差，在焙烧过程中，骨架铝物种由骨架脱落成为非骨架铝物种。1992 年，美国 Mobil 公司的研究者首次合成了 MCM-41S1 系列硅基介孔分子筛,揭开了分子筛应用研究的新纪元。这种新型的介孔分子筛具有稳定的骨架结构、孔道规则排列有序、孔径分布窄等优点，填补了大分子催化材料的空缺。MCM-41 是 M41S 族中的典型代表 ,它具有六方有序的孔道结构，孔径尺寸可随合成时加入导向剂及合成件的不同在 1.510 nm之间变化，MCM-41 孔径均匀，具有较高的比表面积(1000m 2 /g)和大的吸附容量(0. 7mL/g)，有利于有机分子的自由扩散。是优良的催化剂载体。MCM-41 被广泛用于吸附、分离、催化等领域由于其理想的结构，可用于现有吸附理论的检验和发展。有关 MCM-41 的吸附及各种表面性质 3的理论和实验的研究很多如 N2、O 2、Ar 、SO 2、CO 2、环戊烷、环己烷、苯和水等各种吸附质在MCM-41 中的吸附性质的测量及其吸附机理的研究等 2区别了孔内流体达到毛细凝聚的临界温度 Tcp 与迂回滞线的临界温度,探讨了 Tcp与孔径和吸附质的关系，并研究了水在 MCM-41 中的相态、冷凝和熔解温度与孔径的关系等 3-4 以及氧在 MCM-41 中的相变。1.2 课题研究的目的和意义由于具有可调的孔径,因此人们预计 MCM-4 1 分子筛将在多相催化、离子交换、吸附分离以及高等无机材料等领域有较高的工程石河子大学化学化工学院3百手起驾 整理为您应用及学术价值 4。MCM-4 1 不仅广泛用于吸附、分离、催化等领域,亦被用于吸附理论的验证与改进方面。一氧化碳可以作为气体燃料、一氧化碳作为还原剂，高温时能将许多金属氧化物还原成金属单质，因此常用于金属的冶炼。然而，一氧化碳进入人体之后会和血液中的血红蛋白结合，进而排挤血红蛋白与氧气的结合，从而出现缺氧，造成一氧中毒。为了避免 CO 中毒事故以及回收利用 CO，所以在某些场合我们要收集 CO，或者对 CO 进行增浓处理等等；于是将 MCM-41 沸石分子筛和 CO 联系在了一起，利用 MCM-41 沸石分子筛对 CO 进行吸附，为了研究 MCM-41 沸石分子筛对 CO 的吸附性能，本文采用Material Studio 软件进行模拟 5计算。该课题的最大意义在于，可以将研究结果应用于汽车尾气中 CO去除，工业废气中 CO 的分离，煤矿坑道气中 CO 的分离和去除以及 CO 气体的浓缩等等。1.3 国内外相关课题的研究现状由于 MCM-41 沸石分子筛具有良好的特性、优异的吸附性能，关于 MCM-41 沸石分子筛的计算机模拟研究早在 1992 年就开始了。在理论研究方面,Ravikovitch 等 6利用密度泛函理论研究了 N2 在石河子大学化学化工学院4百手起驾 整理为您MCM-41 中的吸附等温线并表征了 MCM-41 的孔径分布。吴志强、刘志平 7采用巨正则系综 Monte