在环境保护及化工中活性炭是常用的吸附剂之一。现以甲烷在活性炭上的吸附(用于天然气的贮存)为例进行讨论,模拟求取其等容吸附热、分子组分在活性炭微孔中的微观状态。用平衡统计热力学中的系综法,在开启系统体系之间可以互相交换能量和质量的巨正则系综理论,同时采用Lennard-Jones分子位势模型为出发点,以巨正则系综MonteCarlo法模拟甲烷在活性炭微孔中吸附行为。
活性炭因原料、活化温度及加工条件的不同,性能差异较大,形成的微孔孔径大小不一,孔径分布较宽。活性炭的结构一般认为是石墨化的结构,成为层状石墨晶体排列,结构形成的微孔形状也是多种多样的,有狭缝微孔、分子筛微孔、圆球形微孔和层柱状微孔等各种模型。吸附质气体组分在微孔孔道内因位势作用,除吸附外,可能产生毛细管冷凝等现象。各学者分别在各种微孔模型的孔道内对流体分子的吸附行为、毛细管现象、传递现象进行了研究,其中以狭缝微孔模型采用最多,认为甲烷分子在石墨晶体之间形成二层三明治夹心的形态,相邻石墨层的距离△=0.335nm,甲烷分子的保留址因炭和CH4分子之间的亲和力而决定。
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