Адсорбция в углеродных порах различной формы простых флюидов, воды и их смесей по данным компьютерного моделирования

• Автор: Ванин, Александр Александрович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 115 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Леннардджонсовский флюид в цилиндрической поре

1.2. Смеси простых флюидов в порах

1.3. Модели пористого пространства углей, используемые в численном моделировании адсорбции

1.4. Моделирование адсорбции воды и водных смесей

Глава 2. МЕТОД ЧИСЛЕННОГО ЭКСПЕРИМЕНТА. ПОТЕНЦИАЛЫ

2.1. Метод МонтеКарло

2.2. Метод МонтеКарло для большого канонического

ансамбля
2.3. Периодические граничные условия
2.4. Потенциалы флюидов
2.5. Адсорбционные потенциалы
2.6. Вклад в потенциальную энергию системы, обусловленный дальнодействующими силами
2.6.1. Упрощенная формула
2.6.2. Замена бесконечного ряда конечным. Оценка с помощью интеграла остатка ряда
Глава 3. МЕТАН В ПОРАХ УГЛЕРОДНОГО АДСОРБЕНТА,
ОПИСЫВАЕМОГО КОНТИНУАЛЬНОЙ МОДЕЛЬЮ
Глава 4. БИНАРНАЯ СМЕСЬ ЛЕННАРДДЖОНСОВСКИХ ФЛЮИДОВ В УГЛЕРОДНОЙ ПОРЕ КВАДРАТНОГО СЕЧЕНИЯ
Глава 5. МЕТАН В ПОРАХ СЛОИСТОГО УГЛЕРОДНОГО
АДСОРБЕНТА
Глава 6. ВОДА И СМЕСЬ МЕТАНВОДА В УГЛЕРОДНОЙ ПОРЕ
КВАДРАТНОГО СЕЧЕНИЯ
6.1. Адсорбция чистой воды
6.2. Адсорбция смеси метанвода
6.3. О возможности изучения газовой смеси метанвода с помощью численного эксперимента
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Анализ фазовой диаграммы системы аргон в цилиндрической поре из твердого диоксида углерода показывает сильную зависимость критической температуры капиллярной конденсации от радиуса поры. В была рассмотрена система с гораздо более сильным адсорбционным полем аргон в графитовой цилиндрической поре, для которой было получено обилие фазовых переходов. При низких давлениях на стенке поры образуется монослой, для которого были найдены непрерывный переход газжидкость и слабый переход первого рода жидкостьтвердое тело. При дальнейшем повышении давления происходят последовательные резкие увеличения плотности адсорбата образуются следующие два монослоя один обладает упорядоченностью в расположении частиц, второй не обладает, после чего пора полностью заполняется флюидом. Было также найдено, что при постепенном увеличении химического потенциала давления в равновесном с адсорбционной системой объемном газе адсорбат остается в газоподобном состоянии на некотором протяжении за точкой истинного термодинамического перехода. Причина этого в том, что система остается в состоянии газоподобном, отвечающем локальному минимуму на поверхности свободной энергии. Только когда барьер, разделяющий этот локальный минимум от глобального, становится преодолимым, происходит капиллярная конденсация. Подобное явление называется адсорбционным гистерезисом. В настоящее время существует два подхода к его объяснению 1, . Первый подход утверждает, что гистерезис возникает изза наличия высоких потенциальных барьеров в пространстве состояний и ограниченного времени наблюдения за системой как в рассмотренном выше случае, второй же рассматривает гистерезис как следствие связанности пор и вызываемого ей эффекта блокирования пор. Проблема гистерезиса адсорбции продолжает до сих пор привлекать к себе большое внимание . Однако, несмотря на результаты, полученные в рассмотренных выше работах, системы, представляющие собой цилиндрические микропоры, приближаются к одномерной системе, для которой никаких истинных фазовых переходов при температурах выше ОК быть не может . Любые фазовые переходы первого рода в системе, ограниченной круглой цилиндрической поверхностью, должны быть сглажены изза размерных эффектов , т. Я это радиус цилиндра, а а диаметр частицы адсорбата. Однако, даже для узких пор эффект сглаживания мал, и увеличение плотности в области капиллярной конденсации получается резким как при вычислениях с помощью теории функционала плотности, так и при моделировании методами МК и МД. Размерные эффекты приводят также к тому, что в поре невозможна либо только газовая, либо только жидкая фаза, а наблюдается ряд чередующихся доменов каждой фазы. Ван Свол и др. МД. Расчеты, выполненные для смачиваемой цилиндрической поры как бесконечной, так и конечной длины показали, что конечность поры имеет существенное влияние на форму и ширину гистерезиса. Так, для поры конечной длины его ширина уменьшается. В работах , были рассчитаны для двух температур изотермы адсорбции леннардджонсовского вещества в несмачиваемых цилиндрических порах различных радиусов. Из полученных данных были оценены химические потенциалы Соех сосуществования жидкой и паровой фаз, уменьшение радиуса поры приводит к росту лС0Х. Следует отметить, что такая зависимость является противоположной зависимости, найденной для смачиваемых пор. Изменения фазовой диаграммы леннардджонсовского флюида в цилиндрических порах, вызванные изменением силы адсорбционного поля, были исследованы в работе с помощью теории решеточного газа. Было показано, что характер взаимодействия отталкивательный или притягательный частицы флюида с порой задает направление смещения бинодали на фазовой диаграмме. Так, сильно адсорбирующие стенки поры вызывают смещение бинодали в область более высоких плотностей, тогда как отталкивательные стенки в область более низких. Величина отношения энергии взаимодействия между флюидными частицами к энергии взаимодействия флюида с порой определяет, будет ли заполнение поры происходить путем послойного заполнения, либо путем капиллярной конденсации.