利用二维流体分子热力学模型计算气体混合物在固体界面的吸附等温线

2021-03-06陈博亚李明宴朱雨航彭昌军刘洪来

化工学报 2021年2期

陈博亚，李明宴，朱雨航，彭昌军，刘洪来

（华东理工大学化学与分子工程学院，上海200237）

引言

吸附分离被认为是一种更具经济效益的气体分离与净化手段。页岩气中甲烷/乙烷和甲烷/二氧化碳的分离[1−4]、天然气和沼气中降低二氧化碳和氮气的占比等[5−6]都可采用气固吸附来实现。近些年来，一些吸附性强、选择性高的多孔固体材料已在气体捕集与分离中受到广泛关注[7−10]。在吸附分离中，吸附量的测定除采用实验外，也可采用纯经验模型和具有一定理论基础的热力学模型进行关联和预测，如扩展的朗缪尔模型(EL−A)[11]、理想吸附溶液模型(IAST)[12]、Wilson 空穴溶液模型(W−VST)[13−15]、二维流体状态方程(2D−EOS)[16]和二维变阱宽微扰链统计缔合流体理论(SAFT−VR−2D)[17]等。但目前的模型或是有特定的应用范围[18]，或是含有较多经验参数[19]，或是不能较好应用于气体混合物[20]。

实际上，吸附于固体表面的气体可视为二维流体，如能构建二维流体的热力学模型则可深层次分析固体表面的吸附行为。针对二维流体，朱雨航等[21]建立了二维硬碟链流体的分子热力学模型。在此基础上，为了得到适用于实际流体的模型，建立了二维变阱宽方阱链流体的分子热力学模型(SWCF−VR−2D)[22]，模型能满意计算单一气体在固体界面上的吸附等温线。本文是这一工作的继续，目的是构建二维流体混合物的分子热力学模型，并考察模型在气体混合物吸附等温线的应用效果。