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摘 要

探究吸附的能量分布和压强的关系，能为推导一个新的吸附平衡模型提供理论依据。本课题采用巨正则系综蒙特卡罗分子模拟方法，研究CO₂气体在金属有机骨架材料MIL-101中的吸附量、吸附能以及能量分布情况，并研究能量分布和压强的关系，从而为推导新的吸附平衡方程提供一个理论基础。本课题使用Material Studio建立MIL-101模型并选择合适的力场和电荷参数，使用RASPA模拟气体在MIL-101中的单组份吸附等温线以及吸附的能量分布，使用Matlab拟合能量分布函数，处理数据探究能量分布和压强的关系。从而能够得出本文的主要的内容以及结果如下：

（1）通过GCMC模拟法探究了在MIL-101（Cr）中的吸附过程。利用分子模拟计算得到了的吸附量和吸附能，通过拟合能量分布点证明吸附的能量分布呈正态分布。

（2）通过探究两个参数平均能量和标准差与压强的关系来进一步描述其与压强之间的关系。线性模型ε_m =aP b和指数型模型ε_m=a*e^{^}bP都能较好的描述出平均值与压强之间的关系，其中指数型模型的描述更为准确。而指数型模型σ=a*e^bP c也能够较好的描述正态分布标准差与压强间的关系。

关键词：吸附；分子模拟；能量分布；模型参数拟合

Abstract

Exploring the relationship between the energy distribution of adsorption and the pressure can provide a theoretical basis for deriving a new adsorption equilibrium model.In this paper, we use the grand canonical Monte Carlo simulation method to study the adsorption, adsorption and energy distribution of gas in the metal organic framework MIL-101, and study the relationship between energy distribution and pressure, so as to provide a theoretical basis for deriving a new adsorption equilibrium equation. This project uses Material Studio to establish the MIL-101 model and selects the appropriate force field and charge parameters.We use the RASPA simulation gas in the MIL-101 single component adsorption isotherm and the absorbed energy distribution, Matlab is also used to fit the energy distribution function.We Process the data to explore the relationship between energy distribution and pressure. Therefore, the main contents and results of this paper can be drawn as follows:

(1) The adsorption behavior of in MIL-101(Cr) was studied by GCMC simulation method. The adsorption capacity and adsorption energy of were obtained by molecular simulation. The energy distribution of the adsorption was proved to be normally distributed by fitting the energy distribution point.

(2) Further we describe the relationship between the two parameters, the average energy and the standard deviation, and the pressure. The linear model ε_m =aP b and the exponential model ε_m=a*e^{^}bP can better describe the relationship between the mean and the pressure, and the description of the exponential model is more accurate. The exponential model σ=a*e^bP c can also better describe the relationship between the standard deviation of normal distribution and the pressure.

Keywords: Adsorption; Molecular simulation; Energy distribution; Model parameter fitting

目录

第一章 绪论 1

1.1吸附基础 1

1.1.1吸附现象 1

1.1.2吸附平衡和吸附等温线 1

1.2吸附平衡模型 2

1.2.1Langmuir方程 2

1.2.2Freundlich方程 2

1.3能量分布函数 3

1.4分子模拟方法概述 3

1.4.1分子动力学模拟（MD模拟） 4

1.4.2蒙特卡洛模拟（MC模拟） 4

1.5统计系综 4

1.5.1微正则系综 4

1.5.2正则系综 4

1.5.3巨正则系综 5

1.5.4吉布斯系综 5

1.6 研究思路和方法 5

第二章 利用分子模拟计算吸附能量分布 7

2.1 建立MIL-101（Cr）模型 7

2.2势能模型力场和电荷参数 8

2.2.1势能模型力场参数 8

2.2.2电荷参数 9

2.3 GCMC模拟细节 10

2.4 模拟结果 11

2.4.1 吸附量和吸附能量 11

2.4.2 吸附能量分布 11

2.5 本章小结 12

第三章 吸附能量的正态分布与压强的关系 14

3.1 正态分布函数 14

3.2 正态分布平均值与压强的关系 14

3.2.1 线性函数关系 15

3.2.2 指数型函数关系 16

3.3 正态分布标准差与压强的关系 16

3.4 本章小结 17

第四章 结论与展望 18

4.1结论 18

4.2展望 18

参考文献 19

致谢 21

第一章 绪论

吸附分离是一种环境友好、成本较低、流程简单的化工操作单元，它在石化、医药、冶金、环保等领域都有着广泛的应用。吸附平衡则是衡量吸附分离能力最关键的要素，而传统的吸附平衡模型均有着诸多限制，其主要原因是实际吸附剂的表面能量分布是不均匀的，而传统吸附平衡模型中不能体现这一点。因此，本课题需要通过分子模拟的方法计算吸附能量分布，来探究能量分布与压强之间的关系。

1.1吸附基础

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