【摘 要】
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全球人口的逐年增多导致了人类能源的消耗日益增长,工厂排放的大量烟道气引起的环境污染问题日益突显。鉴于化石燃料在今后相当长一段时期内仍将是人类主要的生产生活能源,从烟道气中捕获、分离有害气体成为当前一个极具现实意义和紧迫性的研究课题。本论文采用巨正则蒙特卡洛模拟方法探究了单组分SO_2、H_2S在不同管间距和不同带电情况下的规则排列的单壁碳纳米管束中的吸附情况以及该碳纳米管材料对二元混合气体SO_2
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全球人口的逐年增多导致了人类能源的消耗日益增长,工厂排放的大量烟道气引起的环境污染问题日益突显。鉴于化石燃料在今后相当长一段时期内仍将是人类主要的生产生活能源,从烟道气中捕获、分离有害气体成为当前一个极具现实意义和紧迫性的研究课题。本论文采用巨正则蒙特卡洛模拟方法探究了单组分SO2、H2S在不同管间距和不同带电情况下的规则排列的单壁碳纳米管束中的吸附情况以及该碳纳米管材料对二元混合气体SO2/CO2、H2S/CO2和H2S/SO2的吸附分离情况。首先,分析了SO2、H2S两种单组分气体分别在带正电和带负电的不同管间距的单壁碳纳米管束中的吸附情况,并与两种气体在相同条件下的中性碳纳米管束中的吸附结果进行了对比。通过分析SO2在不同情况下的碳纳米管内部的吸附量可知,低压下碳纳米管带电可以增强其吸附量(带正电效果更好);在高压下,与中性碳纳米管的吸附情况相比,带正电和带较少负电的碳纳米管分别具有增大和减小SO2吸附量的效果。通过进一步分析吸附量-吸附热曲线、原子径向密度分布以及SO2分子的取向角度等数据发现,在特定条件下,SO2与碳纳米管之间的相互作用力及SO2分子的排布方式均可主导吸附量的增减,吸附量取决于这两种因素的协同作用。碳纳米管外部吸附空间形状虽不如内部吸附空间(圆柱体空间)形状规则,但也遵循同样的吸附机理。进一步地,上述结论同样适用于另一种极性分子H2S,由于二者硫原子的带电情况不同,因此造成气体在带正电和带负电的碳纳米管中吸附量的增减差异。其次,在分析了单组分气体在带电碳纳米管中的吸附机理的基础上,进一步对二元混合组分气体SO2/CO2、H2S/CO2和H2S/SO2在不同带电情况下的单壁碳纳米管束中的不受限吸附情况进行了模拟和计算。结果发现,在二元混合气体中SO2的吸附选择性分别大于H2S和CO2,而H2S的吸附选择性又大于CO2。为了充分理解以上论述,除单组分气体吸附机理中涉及的库仑力强度和分子取向排布必须被考虑之外,二元混合气体中原子的范德华直径也是一个重要的影响因素。
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