Численное моделирование адсорбционных равновесий на плоских неоднородных поверхностях методом Монте-Карло

• Автор: Кошкин, Павел Вячеславович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Тверь
• Количество страниц: 121 с. : ил

1.1. Особенности состояния адсорбированного вещества на поверхности твердых адсорбентов
1.2. Наиболее известные уравнения адсорбции газов и паров адсорбентами различной природы.

Об экспериментальных изотермах адсорбции

Уравнение Генри.

Уравнение изотермы адсорбции Лэнгмюра.

Уравнение Фрумкина

Уравнение Фаулера и Гуггенгейма.

Уравнение Дубинина и Серпинского

Уравнение изотермы полимолекулярной адсорбции паров Брунауера,

Эммета, Теллера уравнение БЭТ.

Уравнение Арановича.

1.3. Особенности феноменологического и статистического подходов при решении адсорбционных задач.
1.4. Успехи методов компьютерного моделирования в теории адсорбции Глава 2. Сущность предлагаемого метода компьютерного моделирования адсорбции на плоских поверхностях
2.1. Модель структуры системы адсорбентадсорбат и описание взаимодействий в ней
2.2. Моделирование адсорбции и расчет величин.
Глава 3. Компьютерное моделирование адсорбционных процессов на плоских однородных и неоднородных поверхностях без учета латеральных взаимодействий адсорбированного вещества.
3.1. Расчет полимолекулярной адсорбции на однородной поверхности
3.2. Расчет полимолекулярной адсорбции на однородной поверхности с учетом различных энергий взаимодействия между слоями адсорбированного вещества
3.3. Расчет полимолекулярной адсорбции на неоднородной поверхности Глава 4. Компьютерное моделирование адсорбционных процессов на плоских однородных и неоднородных поверхностях с учетом латеральных взаимодействий адсорбированного вещества.
4.1. Расчет полимолекулярной адсорбции на однородной поверхности
4.2. Расчет полимолекулярной адсорбции на неоднородной поверхности
4.3. Корреляция расчетов с известными экспериментальными результатами .
Выводы.
Список использованной литературы


Связь между молекулярными и макроскопическими характеристиками системы может быть получена с помощью молекулярностатистической теории. Такая теория предполагает последовательное решение ряда сложных, требующих особого рассмотрения, задач выбор модели адсорбента и молекул адсорбата задание потенциала взаимодействия молекул между собой и адсорбентом получение молекулярной статистики расчет на ее основе термодинамических величин установление связи теоретически рассчитанных величин с экспериментальными данными. Данная работа посвящена, в первую очередь, вопросу получения молекулярной статистики, описывающей энергетическое состояние адсорбированных молекул и их пространственное расположение в поле адсорбента. Это звено в теории адсорбции играет важную, связующую между микро и макро характеристиками системы, роль. Аналитическое решение задач молекулярной статистики при описании процесса адсорбции на плоских поверхностях, учитывающей латеральные взаимодействия молекул, сталкивается со значительными сложностями вследствие его сложности, что является одной из причин грубых приближений, которые дает статистический метод. МонтеКарло. Использование современной вычислительной техники существенно облегчает решение этой задачи, и дальнейшее развитие статистического метода связано в частности с разработкой новых алгоритмов и составлением новых компьютерных программ, позволяющих более детально и точно исследовать адсорбционные явления. Основной целью настоящей работы являлась разработка метода моделирования процесса полимолекулярной адсорбции на плоских поверхностях, разработка соответствующих программных приложений, позволяющих получать статистические данные об энергетическом и конфигурационном распределении адсорбированного вещества на поверхности модельного адсорбента, определяемом молекулярными параметрами системы, и расчет на их основе макроскопических экспериментально измеряемых адсорбционных характеристик. Разработка методики расчета методом МонтеКарло канонических средних и макроскопических адсорбционных характеристик. Исследование влияния энергетического поля адсорбента, латеральных взаимодействий адсорбированных молекул, неоднородности адсорбента на изотермы и дифференциальную энергию адсорбции. Анализ с помощью разработанных методик и компьютерных программ экспериментальных данных по адсорбции различных веществ на поверхности графитированной сажи. Разработана новая компьютерная модель локализованной адсорбции на плоских поверхностях, позволяющая с помощью численного эксперимента рассчитывать макроскопические адсорбционные характеристики на основе молекулярных свойств системы. Разработанные компьютерные программы позволяют рассчитать изотермы и дифференциальную энергию адсорбции, а также вынести промежуточную для этих расчетов информацию, включающую пространственное распределение адсорбированных молекул энергетическое состояние адсорбированных молекул каноническое распределение Гиббса для ансамбля генерируемых конфигураций. Предложена методика расчета средних канонических величин, позволяющая за счет предлагаемой компьютерной модели адсорбции и связанной с ней методики генерации различных конфигураций повысить точность расчетов. В результате проведения численного эксперимента получены данные, характеризующие влияние энергетического поля адсорбента, латеральных взаимодействий, неоднородности адсорбента на изотермы и дифференциальную энергию адсорбции. Даны количественные оценки степени неоднородности поверхности и величины латеральных взаимодействий молекул при адсорбции бензола, азота, нгексана на поверхности графитированной сажи. Новый алгоритм моделирования полимолекулярной адсорбции на плоских однородных и неоднородных поверхностях методом МонтеКарло для канонического ансамбля Гиббса. Две методики расчета изотерм адсорбции для случая малых латеральных взаимодействий и для случая больших латеральных взаимодействий. Результаты моделирования полимолекулярной адсорбции на плоских однородных и неоднородных поверхностях с использованием предложенных алгоритмов и методик.