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AlPO4-5分子筛一维通道中气体分子的扩散行为
Microporous and Mesoporous Materials ( IF 4.8 ) Pub Date : 2022-06-01 , DOI: 10.1016/j.micromeso.2022.112024 Zehua Huang , Luyan Huang , Weikun Chen , Jian Jing , Xuefeng Liang , Lisheng Zhang , Yuanzheng Tang , Zhiming Liu , Yan He , Huifang Li
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更新日期:2022-06-03
Microporous and Mesoporous Materials ( IF 4.8 ) Pub Date : 2022-06-01 , DOI: 10.1016/j.micromeso.2022.112024 Zehua Huang , Luyan Huang , Weikun Chen , Jian Jing , Xuefeng Liang , Lisheng Zhang , Yuanzheng Tang , Zhiming Liu , Yan He , Huifang Li
了解沸石中的分子扩散机制在吸附和分离过程中起着至关重要的作用,可以极大地促进分子水平的沸石设计。然而,与游离气相的情况相比,由于受限的孔隙环境,沸石在通道中的扩散行为要复杂得多。为了更详细地挖掘气体分子在沸石孔隙中的扩散机制,H 2、He、N 2、CH 4和CO 2分子在AlPO 4的一维(1-D)通道中的扩散行为-5 (AFI) 类沸石材料结合经典分子动力学 (MD) 模拟和密度泛函理论 (DFT) 计算进行了研究。研究发现,轻分子(H 2和He)在AlPO 4 -5 通道中的低负载扩散行为更自由,因为它们的分子直径小,并且在孔的纵向方向上的能量变化(ΔE)低。然后,轻气体分子的传输可以描述为克努森扩散,分子质量在这种情况下起着关键作用。N 2、CH 4或CO 2的传输, 具有较大的分子直径和较高的 ΔE 值, 提出与表面扩散竞争, 其扩散率应由气体分子与孔壁之间的吸附能控制。因此,在低负荷下,气体分子的扩散程度降低如下:H 2 > He > N 2 > CH 4 > CO 2. 当气体分子负载增加时,由于气体-气体和气体-多孔介质碰撞增加,气体扩散自由度将受到限制。因此,这些具有较高浓度的气体分子的扩散主要受气体-气体和气体-AFI相互作用的支配。DFT计算结果表明,气-气和气-AFI相互作用能都取决于它们的范德华直径。结果,这些气体分子在较高负载下在AlPO 4 -5 通道中的扩散减少为:He > H 2 > N 2 > CH 4 > CO 2。我们的结果证实了气体分子在 AlPO 4的一维通道内的扩散率-5在低负载下由分子质量或气壁相互作用控制,而在高负载下由气-气/气-壁相互作用控制。
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