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多孔石墨烯分离CH4/CO2的分子动力学模拟
  • ISSN号:1000-6818
  • 期刊名称:物理化学学报
  • 时间:2015
  • 页码:1-9
  • 分类:O647[理学—物理化学;理学—化学]
  • 作者机构:[1]西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,西安710049
  • 相关基金:国家自然科学基金创新群体(51121092)和国家杰出青年科学基金(51425603)资助项目
  • 相关项目:能源高效节约和可再生转化利用的多相流理论基础
中文摘要:

采用分子动力学方法模拟CH4/CO2混合气体在多孔石墨烯分离膜中的分离过程,分析了3种纳米孔功能化修饰(N/H修饰、全H修饰和N/―CH3修饰)对分离过程的影响规律.模拟结果表明气体分子会在石墨烯表面形成吸附层, CO2分子的吸附强度高于CH4分子.纳米孔的功能化修饰不仅减小了纳米孔的可渗透面积,还通过影响纳米孔边缘原子的电荷分布提高了气体分子的吸附强度,进而影响了混合气体分子在多孔石墨烯分离膜中的渗透性和选择性. CO2分子在多孔石墨烯中的渗透率能达到106 GPU (1 GPU=3.35×10^-10 mol·s^-1·m^-2·Pa^-1),远远高于传统的聚合物分离膜.研究表明多孔石墨烯分离膜在天然气处理、CO2捕获等工业气体分离过程中具有广泛的应用前景.

英文摘要:

Abstract: The processes involved in the separation of gaseous CH4/CO2 mixtures using a nanoporous graphene membrane were simulated using a molecular dynamics method, and the effects of three functional modifications (i.e., N/H, al H, and N/―CH3 modifications) in the nanopores were analyzed. The results showed that the gas molecules could form an adsorption layer on the surface of the graphene. The adsorption intensity of the CO2 molecules was higher than that of the CH4 molecules. The functional modifications in the nanopores not only reduced the permeable area, but also improved the adsorption intensity of the gas molecules by changing the potential distribution of atoms at the edge of nanopores, and therefore affecting the permeability and selectivity of the gas mixture being separated by the nanoporous graphene membranes. Furthermore, the permeability of the CO2 molecules was as high as 106 GPU (1 GPU=3.35×10-10 ^10mol·s^-1·m^-2·Pa^-1), which was far greater than those of the existing polymer gas separation membranes. These results therefore demonstrate that nanoporous graphene membranes could be used in an extensive range of applications in industrial gas separation processes, such as natural gas processing and CO2 capture.

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期刊信息
  • 《物理化学学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:北京大学化学与分子工程学院承办
  • 主编:刘忠范
  • 地址:北京大学化学楼
  • 邮编:100871
  • 邮箱:whxb@pku.edu.cn
  • 电话:010-62751724
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-6818
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1892/O6
  • 邮发代号:82-163
  • 获奖情况:
  • 中文核心期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:24781