金屬—有機(jī)骨架材料的天然氣脫硫性能及表面活性劑中油水分離機(jī)理的模擬研究

【摘要】：金屬-有機(jī)骨架材料(metal-organic framework, MOF)系一類(lèi)較為新穎的納米多孔材料。與其他傳統(tǒng)材料相比,該類(lèi)材料具有許多獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特性,使得其在氣體存儲(chǔ)、氣體分離、催化過(guò)程和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域,越來(lái)越受到人們的關(guān)注。另外,作為一類(lèi)功能化的有機(jī)化合物,表面活性劑具有表面活性功能,因此當(dāng)其溶于水溶液后,不僅可以顯著地降低水溶液的表面張力,并且能夠改進(jìn)水溶液的增溶、分散和潤(rùn)濕等能力,因此其被大量地應(yīng)用于食品、紡織、醫(yī)藥、礦業(yè)等領(lǐng)域。與實(shí)驗(yàn)研究手段相比,采用計(jì)算化學(xué)的方法,人們可以快速地對(duì)所研究物質(zhì)的構(gòu)效關(guān)系進(jìn)行探究,進(jìn)而從微觀／介觀尺度上揭示產(chǎn)生某種宏觀現(xiàn)象的機(jī)理,為將來(lái)的進(jìn)一步研究提供重要的理論基礎(chǔ)。因此,本論文基于計(jì)算化學(xué)的方法,研究了一種新型MOF材料的天然氣脫硫性能以及表面活性劑分子在油水分離機(jī)理中所起到的作用。研究的內(nèi)容主要包括：1、考察了具有良好物理化學(xué)穩(wěn)定性的MOF材料,UiO-66(Zr)-(COOH)2,對(duì)天然氣的吸附分離與凈化性能。研究結(jié)果顯示,通過(guò)與混合物分子模擬結(jié)果相對(duì)比,理想吸附溶液理論能夠用于描述H2S/CH4體系在該材料中的分離行為。同時(shí)發(fā)現(xiàn)該材料對(duì)混合物具有良好的分離能力,優(yōu)于現(xiàn)有的幾種典型MOF材料,使得其在天然氣脫硫工業(yè)領(lǐng)域展現(xiàn)出潛在的應(yīng)用前景。2、研究MOF材料UiO-66(Zr)-(COOH)2作為純膜材料、以及作為添加劑與聚合物制成混合基質(zhì)膜材料的天然氣脫硫性能。結(jié)果表明,基于UiO-66(Zr)-(COOH)2的膜材料對(duì)H2S/CH4體系均表現(xiàn)出良好的分離選擇性。3、探索了表面活性劑溶液中油分子從疏水的固體表面脫離的機(jī)理。結(jié)果表明,通過(guò)改變表面活性劑的類(lèi)型、鏈長(zhǎng)、頭基／尾基與油分子／水分子之間的相互作用力,發(fā)現(xiàn)在表面活性劑存在的情況下,油分子從疏水的固體表面的脫離存在三種機(jī)理,并且與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象非常吻合。 【關(guān)鍵詞】：金屬-有機(jī)骨架材料 天然氣 脫硫 表面活性劑 油水分離
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：O647.11;TB383.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 符號(hào)說(shuō)明13-14
• 第一章 緒論14-30
• 1.1 引言14
• 1.2 金屬-有機(jī)骨架(MOF)材料介紹14-18
• 1.2.1 IRMOF系列材料15-16
• 1.2.2 ZIF系列材料16
• 1.2.3 MIL系列材料16-18
• 1.2.4 UiO系列材料18
• 1.3 表面活性劑簡(jiǎn)介18-20
• 1.3.1 陰離子表面活性劑19
• 1.3.2 陽(yáng)離子表面活性劑19-20
• 1.3.3 兩性離子表面活性劑20
• 1.3.4 非離子表面活性劑20
• 1.4 計(jì)算化學(xué)研究方法簡(jiǎn)介20-23
• 1.4.1 分子模擬方法20-21
• 1.4.2 分子力學(xué)方法21-22
• 1.4.3 晶格蒙特卡羅模擬方法22-23
• 1.5 MOF材料在吸附分離及膜分離中的研究進(jìn)展23-26
• 1.6 選題依據(jù)與研究?jī)?nèi)容26-28
• 1.7 本論文創(chuàng)新點(diǎn)28-30
• 第二章 UiO-66(Zr)-(COOH)_2的H_2S/CH_4吸附分離性能研究30-40
• 2.1 引言30-31
• 2.2 模型與計(jì)算方法31-34
• 2.2.1 UiO-66(Zr)-(COOH)_2的結(jié)構(gòu)31-33
• 2.2.2 分子模型與力場(chǎng)參數(shù)33
• 2.2.3 模擬細(xì)節(jié)33-34
• 2.3 結(jié)果與討論34-38
• 2.4 本章小結(jié)38-40
• 第三章 UiO-66(Zr)-(COOH)_2膜的H_2S/CH_4分離性能研究40-52
• 3.1 引言40-41
• 3.2 計(jì)算方法41-43
• 3.2.1 分子模型與力場(chǎng)參數(shù)41
• 3.2.2 模擬細(xì)節(jié)41-43
• 3.3 結(jié)果與討論43-50
• 3.4 本章小結(jié)50-52
• 第四章 表面活性劑溶液中油水分離機(jī)理的模擬研究52-64
• 4.1 引言52-53
• 4.2 模型與方法53-54
• 4.3 結(jié)果與討論54-62
• 4.3.1 油層脫除機(jī)理54-60
• 4.3.1.1 油攜帶微乳液模型55-57
• 4.3.1.2 油膜剝離模型57-59
• 4.3.1.3 表面活性劑輔助擴(kuò)散模型59-60
• 4.3.2 油層脫除機(jī)理的影響因素60-62
• 4.4 本章小結(jié)62-64
• 第五章 結(jié)論64-66
• 參考文獻(xiàn)66-72
• 致謝72-74
• 作者簡(jiǎn)介74-76
• 導(dǎo)師簡(jiǎn)介76-78
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文78-79
• 附件79-80

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