P型分子筛酸性及吸附性能的理论计算研究

P型分子筛酸性及吸附性能的理论计算研究柴油机排放的多种碳氢化合物对环境产生了严重的污染,随着环保法规的不断完善和环保要求的不断提高,如何有效地控制柴油车尾气排放物已成为研究的焦点问题之一。

利用分子筛对其进行吸附,随后进行二次燃烧被认为是现如今最为有效的防治措施。

本文利用Materials Studio模拟软件对P型分子筛及其金属掺杂模型进行模拟研究,获得其落位情况,并利用Li~+、Na~+、K~+、Rb~+、Cs~+等金属离子对其进行改性模拟研究,考察分子筛酸性强弱的变化规律,最后对其吸附不同碳氢化合物分子进行模拟,探究P型分子筛对于碳氢化合物的吸附性能的控制因素。

研究结果如下:(1)建立P型分子筛的4T模型,利用不同的金属原子对不同位置上的Si原子进行取代,得到不同T位的取代能及相对取代能。

结果表明Al、Fe和Ni三种金属原子掺杂时会优先取代T4位置的Si,随后进行T3位置的取代。

并利用键长和键角数据证实了该结果的正确性。

(2)P型分子筛的Lewis酸性与所选取的分析方法和所建立的模型没有直接关联,分子筛与探针分子之间存在强烈的吸附作用。

利用碱性探针分子吸附和Fukui函数计算得到相同的分子筛酸性强弱顺序
为:Li-P>Na-P>K-P>Rb-P>Cs-P。

(3)P型分子筛的吸附量与分子筛中金属掺杂量有关,同时受温度、压力、分子极性、分子尺寸等外部因素的影响。

相比于压力,温度对P型分子筛吸附产生更大的影响。

在P型分子筛吸附过程中,分子极性比分子尺寸占据更为主导的地位。

P型分子筛掺杂Al有利于提高其吸附性能,而掺杂Fe和Ni导致P型分子筛的吸附性能降低。

(4)P型分子筛吸附时,吸附粒子云分布图表明吸附质分子主要吸附于P型分
子筛复合结构单元的笼中。

并且在乙烯分子和丙烯分子双组份吸附时,会产生剧烈的竞争吸附行为,初始吸附的丙烯分子会减少乙烯分子的后续吸附。

(5)对P 型分子筛进行金属改性可提高P型分子筛吸附时的热稳定性,使其在高温时具有良好的吸附性能。

但是由于改性离子大小的限制和改性后分子筛空间结构的变化,Li~+改性的P型分子筛对碳氢化合物吸附性能良好。