氮气和氧气在膜表面和狭缝孔内平衡吸附的分子模拟

Vol.26

2005年11月高等学校化学学报　　　　　　CHEMICALJOURNALOFCHINESEUNIVERSITIES　　　　　　No.112113～2116

氮气和氧气在膜表面和狭缝孔内

平衡吸附的分子模拟

王淑梅,高光华,于养信,王晓琳

(清华大学化工系,北京100084)

摘要　采用巨正则系综的MonteCarlo方法(GCMC))下,的碳膜内的吸附.气体分子之间、22Jones势能模型.研究了303K和10MPa下,303K和压力从1MPa到10MPa.实验结果表明,膜孔端口效应显著,膜,.

关键词Carl;碳膜;狭缝;气体吸附

　O647.3　　　　文献标识码　A　　　　文章编号　025120790(2005)1122113204

氮气和氧气是重要的工业原料气体.空气是获得这两种气体最廉价易得、取之不尽的原料.“资源的创造性技术”的膜法空分技术在一些发达国家已趋于成熟,目前仍是一项热门的重要研发项目.在众多无机膜中,碳膜由于具有孔径分布均匀、孔径可调范围大等优点,在实现气体的高效分离方面呈现出很大的潜力.据文献[1]报道,其氧氮分离因子可达到10以上,最高可达到36.而对碳膜内氮、氧气体的吸附现象的研究则是二者分离的基础.许多研究者用计算机分子模拟结合试验研究氮气/氧气

[2,3]分离或二者的吸附.Wang等采用MonteCarlo方法分别模拟了氮气和甲烷在MCM241分子筛中的

吸附行为,并与实验值进行了比较,吻合得较好.Jiang等应用MonteCorlo分子模拟方法研究了氧氮混合气体的竞争吸附行为,找出了纳米孔碳对二者的选择性随压力和温度的变化关系.对如甲烷、二

[5～7]氧化碳、一氧化碳等气体在狭缝孔内吸附的研究已有报道,但其均是有关单个狭缝孔内的流体吸

附,即将狭缝孔看作无限长,忽略端口效应,应用的是102423势能模型.由于膜是有厚度的,膜孔长度也有限,因而在膜领域102423势能模型已经不适合.本文通过MonteCarlo分子模拟方法研究气体在有限长度及宽度的狭缝内流体随狭缝宽度和长度变化的二维密度分布和超额吸附量.[4]

1　实验部分

1.1　膜模型与势能模型

构成碳膜的碳原子以石墨层的形式排列,其单层石墨层排列的俯视图见图1,层与层之间的排列分别对应排列(记为m1)和错位排列(记m2).模拟

中碳原子位型固定不变.膜孔假定为狭缝.碳膜的

[8]一些参数如下:碳原子间距Lcc=01142nm,碳层

间距Δ=01335nm.膜厚度L=mLcc,膜孔宽度W=

Δn.模拟过程中,气体分子和碳原子均被看作球状

粒子,气体分子之间、气体分子与碳原子之间的相

互作用采用Shifted2Lennard2Jones势能模型.对于相

收稿日期:2004209223.

基金项目:国家重点基础研究“九七三”计划(批准号:2003CB615700)资助.

联系人简介:高光华(1947年出生),男,教授,主要从事分子热力学研究.E2mail:[email protected]　Theplanformofonegraphiclayer

2114高等学校化学学报　　　　　　　　　　　　　　　　Vol.26　距为r的一对粒子i和j,其作用势能为

εij[(σij/r)12-(σij/r)6]

式中,σij和εij分别为粒子的Lennard2Jones作用参数.氧气

[11][9](1)和氮气[10]的ε/k和σ分别为52,3718K和01299,013318nm,碳原子的ε/k和σ分别为2810K和01334nm,交叉作用参数通过Lorentz2

[12]Berthelot混合规则计算.

将气体分子对所有碳原子的作用进行加和,获得该分子与膜的相互作用能.

1.2　模拟过程

[12,13]采用正则系综的Widom测试粒子法获得流体化学位和压力的关系式.模拟初期,分子初始构

型为面心立方体.每个MonteCarlo模拟过程中,、,随机选择体系中的粒子进行平移操作,并按一定概率接收,.MonteCarlo(GCMC)分子模拟时,,,应用Metropolis抽样,3.,μ,V和T保持不变,按顺序进行平移、,,使体系能量趋于降低,达到平衡后,σgg,气体分子与碳,气体分子间相互作用的截断半径为215

σgc.215

1.3　吸附量的计算

采用单位体积的超额吸附量表征体系的吸附性质.膜孔内的计算公式为

3333Γ3(ρ(x,z)-ρ=-ρvb)dA=ρpbAA(2)

33ρρ(x,z)dA=p∫AA∫

33式中,ρP是膜孔内的统计平均密度;ρb为气体的主体相密度.

2　结果与讨论

2.1　气体化学位与压力关系式

通过NVT系综的Widom测试粒子法得到303K时气体化学位随压力变化的关系,将所得实验数据进行拟合,得到氧气、氮气的化学位与压力的关系表达式为

33μ(3)N2=-8416677+811394ln(p)

33μO2=-5913201+518776ln(p)(4)

2.2　气体在膜面和膜孔内的密度分布

由于膜有厚度,所以气体在膜孔内的密度分布是二维的.选取膜厚度为29Lcc和8Lcc及膜孔宽度为Δ和2Δ的四种情况,以氧气为例研究气体在膜孔内的密度分布(图2).由于孔是对称的,坐标原点5

33设在孔中心,所以只取左下方的1/4孔的空间研究气体的密度分布.其中,x=-015L,z=-015W.

图2(A)～(D)均表明,在距孔壁面017处,密度为零,这是由于膜原子对气体分子的强烈排斥作用所致;另外,端口效应确实存在,在膜孔入口处,气体分子受力较复杂,有的分子可能受到膜孔内壁上下两层及膜面原子的共同作用.当膜孔较宽时,即n=5,在狭缝中间部分,即z=0处,无论是入口处,还是膜中部(x=0),气体密度接近主体相密度,而在膜壁附近气体密度远远高于主体相密度,形成吸附层[图2(A)和(C)].当狭缝很窄(n=2)时,孔内只剩下一层吸附层,流体密度急剧增大,甚至超过了018[图2(B)和(D)].在x方向上,由入口处向孔内气体吸附层密度逐渐升高.膜较厚时,在膜中部,分子受力比较均衡稳定,因此气体吸附层密度会有一段稳定值[图2(A)或(B)];而当膜较薄(m=8)时,即使在x=0处,也可能受到膜两端原子的相互作用,因此,在x=0处,吸附层密度达到最大值,而没有出现稳定值[图2(C)或(D)].另外,还发现宽狭缝的气体吸附层密度远小于窄狭缝的密度,这是由于狭缝较窄时,狭缝中的气体分子实际上受到两个平面的作用,而狭缝较宽时,由于截

　No.11　王淑梅等:氮气和氧气在膜表面和狭缝孔内平衡吸附的分子模拟2115断吸附层内气体分子只受到一面膜原子的作用,所以出现了此密度差

.

Fig.2　Thedensitydistributionforoxygenintheslitporeofcarbonmembraneat303Kand10MPa

(A)m=29,n=5;(B)m=29,n=2;(C)m=8,n=5;(D)m=8,n=2.

图3和图4分别为10MPa和303K条件下,况.结果表明,,(图3);而膜构型对膜孔内的密度分布影响不大,(图4).由于是在相同压力(10MPa)下,所以,.层与层之间以m1形式排列时,,当以2,峰不如前者那样光滑,而且峰变低、变宽,,.这主要是因为m1构型相当于一个光滑的平

m2构型则是规则变化的曲面.

　Fig.3　Densityprofileofoxygenonthemembrane

surface(L=10Lcc)a

t10MPaand303K　Fig.4　Effectofmembranemodelonthedensitydis2tributionforoxygenonmembranesurfaceat

10MPaand

303K

2.3　气体在膜孔内的单位体积超额吸附量

对氮气和氧气的单位体积超额吸附量进行了比较.图5为氮气和氧气在相同条件下(303K,10

Δ)的单位体积超额吸附等温线.图5表明,无论氧气还是氮气,低压时,MPa,膜长29Lcc,狭缝孔宽5

随着压力升高,超额吸附量增加,达到一定压力后,随着压力升高,超额吸附量反而迅速下降,这是由于在一定压力下,吸附达到饱和,随着压力进一步增大,绝对吸附量增加很少甚至不再增加,而体相密度却不断增加,所以超额吸附量反而减小.

　Fig.5　Theexcessadsorptionisothermsforoxygen

andnitrogenintheslitporeofcarbonmem2　Fig.6　Theexcessadsorptionisothermsofnitrogenintheslitporeofcarbonmembranewithdiffer2

entwidthat303K(L=29Lcc)Δ)at303Kbrane(L=29Lcc,W=

5

2116高等学校化学学报　　　　　　　　　　　　　　　　Vol.26　另外,还发现,孔内氮气的吸附量远比氧气的小,氧气吸附层的势能比氮气的低很多,这说明膜原子与氧气分子的作用更强烈,因而膜孔对氧气的吸附也更强烈.其次,我们还以氮气为吸附质,研

Δ和3Δ的碳膜内氮气的单位体积超额吸附量(图6).图6表明,二条曲线的变究了狭缝宽度分别为5

化趋势一致,但狭缝越窄,气体的超额吸附量越大.结合图5可知,狭缝越窄对N2/O2分离越有利.这是因为氧气分子的尺寸参数比氮气的小,而与膜的作用势能则比氮气的大,因此膜壁对氧气分子呈优先吸附的优势,所以氧气分子将比氮气分子更容易进入膜孔.

参　考　文　献

[1]　LIXin2Gui(李新贵),LIURui(刘　睿),HUANGMei2Rong(黄美荣).NewCarbonMaterials([J],2004,19(1):

69—76

[2]　CAODa2Peng(曹达鹏),CHENJian2Feng(陈建峰),SHENZhi2()..)[J],2002,

60(5):820—824

[3]　ZHANGXian2Ren(张现仁),CHENJ2(),)etal..ActaPhysicaSinica(物理学报)[J],

2003,52(1):163—168

[4]　JiangJI..J],19(14):5936—5941

[5]　.Z.E.Fitzgeraldetal..Langmuir[J],2003,19(13):5323—5331

[6]　YufengNA.Seaton.Langmuir[J],2003,19(24):10132—10138

[7]　HeuchelM.,DaviesG.M.,BussE.etal..Langmuir[J],1999,15(25):8695—8705

[8]　SettonR.,BernierP.,LefrantS..CarbonMoleculesandMaterials[M],London:TaylorandFrancis,2002:27—31

[9]　BojanM.J.,SteeleW.A..Langmuir[J],1987,3(6):1123—1127

[10]　KanekoK.,CracknellR.F.,NicholsonD..Langmuir[J],1994,10(12):4606—4609

[11]　TanZ.M.,GubbinsK.E..JournalofPhysicalChemistry[J],1990,94(15):6061—6069

[12]　AllenM.P.,TildesleyD.J..ComputerSimulationofLiquids[M],Oxford:ClarendonPress,1987:110—140

[13]　FrenkelD.,SmitB..UnderstandingMolecularSimulation[M],NewYork:AcademicPress,1996:113—125

MolecularSimulationofEquilibriumAdsorptionofNitrogenand

OxygenbothinSlitPoreandonMembraneSurface

WANGShu2Mei,GAOGuang2Hua,YUYang2Xin,WANGXiao2Lin

(DepartmentofChemicalEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)3

Abstract　MonteCarlomolecularsimulationisemployedtoinvestigatetheequilibriumadsorptionofnitrogenandoxygenintheslitporeandonthecarbonmembranesurface.TheinteractionsamongallkindsofmoleculesaremodeledwithShifted2Lennard2Jonespotential.Theresultsobtaineddisplaytheoxygendensitydistributionbothintheslitporeandonthemembranesurfacevaryingwiththechangeofporewidthandmembranelengthat303Kand10MPa.Theexcessadsorptionisotherms(whichmeasuretheincreaseddensityintheslitpore,relativetothatofthebulkfluid)perunitvolumeofbothnitrogenandoxygenat303Kshowamaximumataparticularvalueofthepressure.Theprincipalconclusionsofthisworkareasfollows:(1)theentrance2poreeffectonthedensitydistributionofgasintheslitporeisdistinct;(2)theexcessadsorptionintheporein2creaseswiththedecreaseofslitporewidth;(3)themembranemodelplaysasignificantroleintheexcessad2sorptiononthemembranesurface.

Keywords　MonteCarlosimulation;Carbonmembrane;Slitpore;Gasadsorption

(Ed.:I,X)

2102　MassTransferProcessofCO2Absorption

ThroughNon2porousHollowFibreContactor

SUNCheng2Gui,CAOYi2Ming,ZUOLi,LINBin,JIEXing2Ming,YUANQuan

Chem.J.ChineseUniv.,2005,26(11),2097—

2102

3

2107　EffectofLaSubstitutingBaontheStruc2tureandMethaneCombustionActivityofBa1-xLaxMn3Al9O19-αCatalysts

XUJin2Guang,TIANZhi2Jian,ZHANGPei2Qing,QUXiu2Hua,XUYun2Peng,XUZhu

LiCheJ.),—210733+2+

2112　IofSynthesisMethodonStructureandCatalyticPerformanceofMCM222Zeo2lites

YANGPiao2Ping,WANGZhen2Lü,YUJian2Feng,XU

Ning,LIUQing2Sheng,3SUMei2Ping,WUTong2Hao

Chem.J.ChineseUniv.,2005,26(11),2108—2112

2116　MolecularSimulationofEquilibriumAdsorptionofNitrogenandOxygenbothinSlitPoreandonMembraneSurface

WANGShu2Mei,GAOGuang2Hua,YUYang2Xin,WANGXiao2L

inChem.J.ChineseUniv.,2005,26(11),2113—21163

2121　PreparationandElectrochemicalPerform2anceofaNovelLithiumBatteryCathodeMaterialPolysulfurpolyaniline

YUANKe2Guo,WANGAn2Bang,CAOGao2Ping,YANGYu2Sheng

Chem.J.ChineseUniv.,2005,26(11),2117—21213

2134　Magnetic2field2inducedAlignmentofMetalNanoparticlesinPolymerExperimentsandMolecularDynamicsSimulation

ZHANGBang2Wen,XIEChang2Sheng,HUJun2Hui,WANGHui2Hu,GUIYang2Hai

Chem.J.ChineseUniv.,2005,26(11),2131—21343

Ⅶ

Vol.26

2005年11月高等学校化学学报　　　　　　CHEMICALJOURNALOFCHINESEUNIVERSITIES　　　　　　No.112113～2116

氮气和氧气在膜表面和狭缝孔内

平衡吸附的分子模拟

王淑梅,高光华,于养信,王晓琳

(清华大学化工系,北京100084)

摘要　采用巨正则系综的MonteCarlo方法(GCMC))下,的碳膜内的吸附.气体分子之间、22Jones势能模型.研究了303K和10MPa下,303K和压力从1MPa到10MPa.实验结果表明,膜孔端口效应显著,膜,.

关键词Carl;碳膜;狭缝;气体吸附

　O647.3　　　　文献标识码　A　　　　文章编号　025120790(2005)1122113204

氮气和氧气是重要的工业原料气体.空气是获得这两种气体最廉价易得、取之不尽的原料.“资源的创造性技术”的膜法空分技术在一些发达国家已趋于成熟,目前仍是一项热门的重要研发项目.在众多无机膜中,碳膜由于具有孔径分布均匀、孔径可调范围大等优点,在实现气体的高效分离方面呈现出很大的潜力.据文献[1]报道,其氧氮分离因子可达到10以上,最高可达到36.而对碳膜内氮、氧气体的吸附现象的研究则是二者分离的基础.许多研究者用计算机分子模拟结合试验研究氮气/氧气

[2,3]分离或二者的吸附.Wang等采用MonteCarlo方法分别模拟了氮气和甲烷在MCM241分子筛中的

吸附行为,并与实验值进行了比较,吻合得较好.Jiang等应用MonteCorlo分子模拟方法研究了氧氮混合气体的竞争吸附行为,找出了纳米孔碳对二者的选择性随压力和温度的变化关系.对如甲烷、二

[5～7]氧化碳、一氧化碳等气体在狭缝孔内吸附的研究已有报道,但其均是有关单个狭缝孔内的流体吸

附,即将狭缝孔看作无限长,忽略端口效应,应用的是102423势能模型.由于膜是有厚度的,膜孔长度也有限,因而在膜领域102423势能模型已经不适合.本文通过MonteCarlo分子模拟方法研究气体在有限长度及宽度的狭缝内流体随狭缝宽度和长度变化的二维密度分布和超额吸附量.[4]

1　实验部分

1.1　膜模型与势能模型

构成碳膜的碳原子以石墨层的形式排列,其单层石墨层排列的俯视图见图1,层与层之间的排列分别对应排列(记为m1)和错位排列(记m2).模拟

中碳原子位型固定不变.膜孔假定为狭缝.碳膜的

[8]一些参数如下:碳原子间距Lcc=01142nm,碳层

间距Δ=01335nm.膜厚度L=mLcc,膜孔宽度W=

Δn.模拟过程中,气体分子和碳原子均被看作球状

粒子,气体分子之间、气体分子与碳原子之间的相

互作用采用Shifted2Lennard2Jones势能模型.对于相

收稿日期:2004209223.

基金项目:国家重点基础研究“九七三”计划(批准号:2003CB615700)资助.

联系人简介:高光华(1947年出生),男,教授,主要从事分子热力学研究.E2mail:[email protected]　Theplanformofonegraphiclayer

2114高等学校化学学报　　　　　　　　　　　　　　　　Vol.26　距为r的一对粒子i和j,其作用势能为

εij[(σij/r)12-(σij/r)6]

式中,σij和εij分别为粒子的Lennard2Jones作用参数.氧气

[11][9](1)和氮气[10]的ε/k和σ分别为52,3718K和01299,013318nm,碳原子的ε/k和σ分别为2810K和01334nm,交叉作用参数通过Lorentz2

[12]Berthelot混合规则计算.

将气体分子对所有碳原子的作用进行加和,获得该分子与膜的相互作用能.

1.2　模拟过程

[12,13]采用正则系综的Widom测试粒子法获得流体化学位和压力的关系式.模拟初期,分子初始构

型为面心立方体.每个MonteCarlo模拟过程中,、,随机选择体系中的粒子进行平移操作,并按一定概率接收,.MonteCarlo(GCMC)分子模拟时,,,应用Metropolis抽样,3.,μ,V和T保持不变,按顺序进行平移、,,使体系能量趋于降低,达到平衡后,σgg,气体分子与碳,气体分子间相互作用的截断半径为215

σgc.215

1.3　吸附量的计算

采用单位体积的超额吸附量表征体系的吸附性质.膜孔内的计算公式为

3333Γ3(ρ(x,z)-ρ=-ρvb)dA=ρpbAA(2)

33ρρ(x,z)dA=p∫AA∫

33式中,ρP是膜孔内的统计平均密度;ρb为气体的主体相密度.

2　结果与讨论

2.1　气体化学位与压力关系式

通过NVT系综的Widom测试粒子法得到303K时气体化学位随压力变化的关系,将所得实验数据进行拟合,得到氧气、氮气的化学位与压力的关系表达式为

33μ(3)N2=-8416677+811394ln(p)

33μO2=-5913201+518776ln(p)(4)

2.2　气体在膜面和膜孔内的密度分布

由于膜有厚度,所以气体在膜孔内的密度分布是二维的.选取膜厚度为29Lcc和8Lcc及膜孔宽度为Δ和2Δ的四种情况,以氧气为例研究气体在膜孔内的密度分布(图2).由于孔是对称的,坐标原点5

33设在孔中心,所以只取左下方的1/4孔的空间研究气体的密度分布.其中,x=-015L,z=-015W.

图2(A)～(D)均表明,在距孔壁面017处,密度为零,这是由于膜原子对气体分子的强烈排斥作用所致;另外,端口效应确实存在,在膜孔入口处,气体分子受力较复杂,有的分子可能受到膜孔内壁上下两层及膜面原子的共同作用.当膜孔较宽时,即n=5,在狭缝中间部分,即z=0处,无论是入口处,还是膜中部(x=0),气体密度接近主体相密度,而在膜壁附近气体密度远远高于主体相密度,形成吸附层[图2(A)和(C)].当狭缝很窄(n=2)时,孔内只剩下一层吸附层,流体密度急剧增大,甚至超过了018[图2(B)和(D)].在x方向上,由入口处向孔内气体吸附层密度逐渐升高.膜较厚时,在膜中部,分子受力比较均衡稳定,因此气体吸附层密度会有一段稳定值[图2(A)或(B)];而当膜较薄(m=8)时,即使在x=0处,也可能受到膜两端原子的相互作用,因此,在x=0处,吸附层密度达到最大值,而没有出现稳定值[图2(C)或(D)].另外,还发现宽狭缝的气体吸附层密度远小于窄狭缝的密度,这是由于狭缝较窄时,狭缝中的气体分子实际上受到两个平面的作用,而狭缝较宽时,由于截

　No.11　王淑梅等:氮气和氧气在膜表面和狭缝孔内平衡吸附的分子模拟2115断吸附层内气体分子只受到一面膜原子的作用,所以出现了此密度差

.

Fig.2　Thedensitydistributionforoxygenintheslitporeofcarbonmembraneat303Kand10MPa

(A)m=29,n=5;(B)m=29,n=2;(C)m=8,n=5;(D)m=8,n=2.

图3和图4分别为10MPa和303K条件下,况.结果表明,,(图3);而膜构型对膜孔内的密度分布影响不大,(图4).由于是在相同压力(10MPa)下,所以,.层与层之间以m1形式排列时,,当以2,峰不如前者那样光滑,而且峰变低、变宽,,.这主要是因为m1构型相当于一个光滑的平

m2构型则是规则变化的曲面.

　Fig.3　Densityprofileofoxygenonthemembrane

surface(L=10Lcc)a

t10MPaand303K　Fig.4　Effectofmembranemodelonthedensitydis2tributionforoxygenonmembranesurfaceat

10MPaand

303K

2.3　气体在膜孔内的单位体积超额吸附量

对氮气和氧气的单位体积超额吸附量进行了比较.图5为氮气和氧气在相同条件下(303K,10

Δ)的单位体积超额吸附等温线.图5表明,无论氧气还是氮气,低压时,MPa,膜长29Lcc,狭缝孔宽5

随着压力升高,超额吸附量增加,达到一定压力后,随着压力升高,超额吸附量反而迅速下降,这是由于在一定压力下,吸附达到饱和,随着压力进一步增大,绝对吸附量增加很少甚至不再增加,而体相密度却不断增加,所以超额吸附量反而减小.

　Fig.5　Theexcessadsorptionisothermsforoxygen

andnitrogenintheslitporeofcarbonmem2　Fig.6　Theexcessadsorptionisothermsofnitrogenintheslitporeofcarbonmembranewithdiffer2

entwidthat303K(L=29Lcc)Δ)at303Kbrane(L=29Lcc,W=

5

2116高等学校化学学报　　　　　　　　　　　　　　　　Vol.26　另外,还发现,孔内氮气的吸附量远比氧气的小,氧气吸附层的势能比氮气的低很多,这说明膜原子与氧气分子的作用更强烈,因而膜孔对氧气的吸附也更强烈.其次,我们还以氮气为吸附质,研

Δ和3Δ的碳膜内氮气的单位体积超额吸附量(图6).图6表明,二条曲线的变究了狭缝宽度分别为5

化趋势一致,但狭缝越窄,气体的超额吸附量越大.结合图5可知,狭缝越窄对N2/O2分离越有利.这是因为氧气分子的尺寸参数比氮气的小,而与膜的作用势能则比氮气的大,因此膜壁对氧气分子呈优先吸附的优势,所以氧气分子将比氮气分子更容易进入膜孔.

参　考　文　献

[1]　LIXin2Gui(李新贵),LIURui(刘　睿),HUANGMei2Rong(黄美荣).NewCarbonMaterials([J],2004,19(1):

69—76

[2]　CAODa2Peng(曹达鹏),CHENJian2Feng(陈建峰),SHENZhi2()..)[J],2002,

60(5):820—824

[3]　ZHANGXian2Ren(张现仁),CHENJ2(),)etal..ActaPhysicaSinica(物理学报)[J],

2003,52(1):163—168

[4]　JiangJI..J],19(14):5936—5941

[5]　.Z.E.Fitzgeraldetal..Langmuir[J],2003,19(13):5323—5331

[6]　YufengNA.Seaton.Langmuir[J],2003,19(24):10132—10138

[7]　HeuchelM.,DaviesG.M.,BussE.etal..Langmuir[J],1999,15(25):8695—8705

[8]　SettonR.,BernierP.,LefrantS..CarbonMoleculesandMaterials[M],London:TaylorandFrancis,2002:27—31

[9]　BojanM.J.,SteeleW.A..Langmuir[J],1987,3(6):1123—1127

[10]　KanekoK.,CracknellR.F.,NicholsonD..Langmuir[J],1994,10(12):4606—4609

[11]　TanZ.M.,GubbinsK.E..JournalofPhysicalChemistry[J],1990,94(15):6061—6069

[12]　AllenM.P.,TildesleyD.J..ComputerSimulationofLiquids[M],Oxford:ClarendonPress,1987:110—140

[13]　FrenkelD.,SmitB..UnderstandingMolecularSimulation[M],NewYork:AcademicPress,1996:113—125

MolecularSimulationofEquilibriumAdsorptionofNitrogenand

OxygenbothinSlitPoreandonMembraneSurface

WANGShu2Mei,GAOGuang2Hua,YUYang2Xin,WANGXiao2Lin

(DepartmentofChemicalEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)3

Abstract　MonteCarlomolecularsimulationisemployedtoinvestigatetheequilibriumadsorptionofnitrogenandoxygenintheslitporeandonthecarbonmembranesurface.TheinteractionsamongallkindsofmoleculesaremodeledwithShifted2Lennard2Jonespotential.Theresultsobtaineddisplaytheoxygendensitydistributionbothintheslitporeandonthemembranesurfacevaryingwiththechangeofporewidthandmembranelengthat303Kand10MPa.Theexcessadsorptionisotherms(whichmeasuretheincreaseddensityintheslitpore,relativetothatofthebulkfluid)perunitvolumeofbothnitrogenandoxygenat303Kshowamaximumataparticularvalueofthepressure.Theprincipalconclusionsofthisworkareasfollows:(1)theentrance2poreeffectonthedensitydistributionofgasintheslitporeisdistinct;(2)theexcessadsorptionintheporein2creaseswiththedecreaseofslitporewidth;(3)themembranemodelplaysasignificantroleintheexcessad2sorptiononthemembranesurface.

Keywords　MonteCarlosimulation;Carbonmembrane;Slitpore;Gasadsorption

(Ed.:I,X)

2102　MassTransferProcessofCO2Absorption

ThroughNon2porousHollowFibreContactor

SUNCheng2Gui,CAOYi2Ming,ZUOLi,LINBin,JIEXing2Ming,YUANQuan

Chem.J.ChineseUniv.,2005,26(11),2097—

2102

3

2107　EffectofLaSubstitutingBaontheStruc2tureandMethaneCombustionActivityofBa1-xLaxMn3Al9O19-αCatalysts

XUJin2Guang,TIANZhi2Jian,ZHANGPei2Qing,QUXiu2Hua,XUYun2Peng,XUZhu

LiCheJ.),—210733+2+

2112　IofSynthesisMethodonStructureandCatalyticPerformanceofMCM222Zeo2lites

YANGPiao2Ping,WANGZhen2Lü,YUJian2Feng,XU

Ning,LIUQing2Sheng,3SUMei2Ping,WUTong2Hao

Chem.J.ChineseUniv.,2005,26(11),2108—2112

2116　MolecularSimulationofEquilibriumAdsorptionofNitrogenandOxygenbothinSlitPoreandonMembraneSurface

WANGShu2Mei,GAOGuang2Hua,YUYang2Xin,WANGXiao2L

inChem.J.ChineseUniv.,2005,26(11),2113—21163

2121　PreparationandElectrochemicalPerform2anceofaNovelLithiumBatteryCathodeMaterialPolysulfurpolyaniline

YUANKe2Guo,WANGAn2Bang,CAOGao2Ping,YANGYu2Sheng

Chem.J.ChineseUniv.,2005,26(11),2117—21213

2134　Magnetic2field2inducedAlignmentofMetalNanoparticlesinPolymerExperimentsandMolecularDynamicsSimulation

ZHANGBang2Wen,XIEChang2Sheng,HUJun2Hui,WANGHui2Hu,GUIYang2Hai

Chem.J.ChineseUniv.,2005,26(11),2131—21343

Ⅶ