隨著全球工業(yè)化進(jìn)程飛速發(fā)展,CO2等溫室氣體的排放日趨嚴(yán)重。這些氣體在大氣中的增加必將會(huì)多尺度、全方位、多層次導(dǎo)致一系列的環(huán)境問(wèn)題、經(jīng)濟(jì)問(wèn)題以及社會(huì)問(wèn)題。采用新型的清潔能源-天然氣成為緩解溫室效應(yīng)的一種重要方法,降低天然氣中CO2含量,可以提高熱值并降低CO2排放。研究表明,無(wú)機(jī)膜中的炭膜,因其特殊的結(jié)構(gòu)與性能,可對(duì)混合氣體中的CO2和CH4進(jìn)行有效分離,但氣體在炭膜中分離的機(jī)理無(wú)法通過(guò)實(shí)驗(yàn)直接觀察且尚未明確,所以探究氣體在炭膜中吸附、擴(kuò)散等過(guò)程的機(jī)理十分必要。本文以炭膜分離CO2/CH4混合氣體為背景,建立膜孔結(jié)構(gòu)模型,采用Materials Studio軟件及蒙特卡羅方法模擬吸附分離過(guò)程、采用Lammps軟件及非平衡分子動(dòng)力學(xué)方法模擬擴(kuò)散分離過(guò)程,研究氣體在炭膜中的吸附及擴(kuò)散性能,并考察溫度、孔徑以及孔缺陷對(duì)CO2/CH4混合氣體分離效果的影響。首先建立與炭膜孔結(jié)構(gòu)相近的無(wú)缺陷Z字形孔模型,并驗(yàn)證了模型的可靠性；其次對(duì)模型進(jìn)行缺陷處理,建立了3種不同缺陷方式的Z字形孔模型。在建立有缺陷、無(wú)缺陷模型的基礎(chǔ)上,對(duì)CO2、CH4純氣體及混合氣體在不同孔模型中的吸附和擴(kuò)散過(guò)程進(jìn)行模擬,得到... 

【文章來(lái)源】：大連理工大學(xué)遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：72 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
引言
1 文獻(xiàn)綜述
    1.1 研究背景及意義
    1.2 炭膜及其發(fā)展概況
        1.2.1 炭膜的概念
        1.2.2 炭膜的特性
        1.2.3 炭膜的氣體分離機(jī)理
        1.2.4 炭膜的發(fā)展及研究現(xiàn)狀
    1.3 分子模擬在膜分離氣體中的應(yīng)用
        1.3.1 分子模擬的概念
        1.3.2 分子模擬的分類
        1.3.3 分子模擬在氣體分離中的研究進(jìn)展
    1.4 分子模擬軟件介紹
        1.4.1 Materials Studio軟件
        1.4.2 Lammps軟件
    1.5 本論文的研究思路及內(nèi)容
2/CH₄過(guò)程的模型建立及模擬方法選擇">2 炭膜分離CO₂/CH₄過(guò)程的模型建立及模擬方法選擇
    2.1 模擬方法
        2.1.1 Materials Studio軟件模擬吸附過(guò)程步驟
        2.1.2 Lammps軟件模擬擴(kuò)散過(guò)程步驟
    2.2 物理模型建立
    2.3 數(shù)學(xué)模型建立
        2.3.1 粒子間作用力
        2.3.2 抽樣原則
        2.3.3 經(jīng)典物理方程
        2.3.4 積分算法
        2.3.5 邊界條件及最小映像原則
    2.4 模擬條件及模擬參數(shù)確定
        2.4.1 吸附模擬條件
        2.4.2 擴(kuò)散模擬條件
        2.4.3 L-J參數(shù)及截?cái)喟霃?br>    2.5 本章小結(jié)
2/CH₄的模擬">3 無(wú)缺陷孔模型炭膜分離CO₂/CH₄的模擬
    3.1 數(shù)據(jù)處理
        3.1.1 軟件輸出的模擬結(jié)果
        3.1.2 軟件輸出數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換
    3.2 模型驗(yàn)證
    3.3 吸附模擬結(jié)果與討論
2、CH₄純氣體吸附量的影響">        3.3.1 溫度對(duì)CO₂、CH₄純氣體吸附量的影響
        3.3.2 溫度對(duì)混合氣體吸附分離過(guò)程的影響
        3.3.3 膜孔徑對(duì)混合氣體吸附分離過(guò)程的影響
    3.4 擴(kuò)散模擬結(jié)果
2、CH₄純氣體擴(kuò)散系數(shù)的影響">        3.4.1 溫度對(duì)CO₂、CH₄純氣體擴(kuò)散系數(shù)的影響
        3.4.2 溫度對(duì)混合氣體擴(kuò)散分離過(guò)程的影響
        3.4.3 膜孔徑對(duì)混合氣體擴(kuò)散分離過(guò)程的影響
    3.5 炭膜的吸附-擴(kuò)散分離選擇性
    3.6 本章小結(jié)
2/CH₄的模擬">4 缺陷孔模型炭膜分離CO₂/CH₄的模擬
    4.1 缺陷孔模型物理模型
    4.2 隨機(jī)缺陷膜孔模型模擬結(jié)果
        4.2.1 吸附模擬結(jié)果
        4.2.2 擴(kuò)散模擬結(jié)果
        4.2.3 吸附-擴(kuò)散分離選擇性
    4.3 不同類型缺陷模型對(duì)比
        4.3.1 吸附模擬結(jié)果
        4.3.2 擴(kuò)散模擬結(jié)果
        4.3.3 吸附-擴(kuò)散分離選擇性
    4.4 本章小結(jié)
結(jié)論
創(chuàng)新點(diǎn)與展望
參考文獻(xiàn)
附錄 符號(hào)說(shuō)明
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]多孔石墨烯氣體分離膜分子滲透機(jī)理[J]. 孫成珍,張鋒,柳海,白博峰.  化工學(xué)報(bào). 2014(08)
[2]不同管徑碳納米管中CO2/CH4分離的分子模擬[J]. 曹偉,呂玲紅,黃亮亮,王珊珊,朱育丹.  化工學(xué)報(bào). 2014(05)
[3]H2S/CH4混合物在石墨烯表面吸附性能的分子動(dòng)力學(xué)模擬[J]. 雷廣平,劉朝,解輝.  工程熱物理學(xué)報(bào). 2014(03)
[4]不同溫度條件下型煤吸附CH4/CO2混合氣的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 吳迪,孫可明.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào). 2013(S2)
[5]BPDA-ODA型聚酰亞胺基沸石雜化炭膜的制備及氣體分離性能[J]. 張兵,于智學(xué),石毅,吳永紅,王同華.  膜科學(xué)與技術(shù). 2013(03)
[6]BDAF-PMDA型聚酰亞胺炭膜的制備及其氣體分離性能的研究[J]. 祁文博,王同華,李琳,張萍萍,孫美悅,李建新,王虹.  膜科學(xué)與技術(shù). 2012(03)
[7]活性炭改性及其對(duì)CO2/CH4吸附性能的研究[J]. 李通,羅仕忠,吳永永,倪宏志.  煤炭學(xué)報(bào). 2011(12)
[8]2010年全球森林資源評(píng)估特點(diǎn)與啟示[J]. 張敏,夏朝宗,黃國(guó)勝,陳新云.  林業(yè)資源管理. 2011(01)
[9]聚氨酯酰亞胺-聚酰亞胺嵌段共聚物制備炭膜[J]. 李真,劉瑾,鄭扣松.  新型炭材料. 2009(02)
[10]分子動(dòng)力學(xué)模擬預(yù)測(cè)CO2和CH4在DDR膜中的吸附現(xiàn)象[J]. 王勝?gòu)?qiáng),楊建華,胡祖美,王金渠.  石油學(xué)報(bào)(石油加工). 2009(02)

碩士論文
[1]多孔炭材料氣體吸附性能的研究[D]. 馬雙營(yíng).大連理工大學(xué) 2014
[2]平板復(fù)合炭膜的制備及其氣體分離性能[D]. 鄭青春.大連理工大學(xué) 2008
[3]沸石膜吸附和擴(kuò)散分離過(guò)程的分子動(dòng)力學(xué)模擬[D]. 王勝?gòu)?qiáng).大連理工大學(xué) 2008
[4]孔狹縫及孔網(wǎng)絡(luò)模型在炭膜氣體分離中的應(yīng)用[D]. 方華東.大連理工大學(xué) 2007



本文編號(hào)：3118045