【摘要】 Ohkubo等通过蒙特卡罗模拟(GCMC),测定了以MCM-48为模板制备的介孔炭(CMK-1)在77K下的氮吸附等温线和在303K下的超临界甲烷高压吸附等温线。

Ohkubo等[1]通过蒙特卡罗模拟(GCMC),测定了以MCM-48为模板制备的介孔炭(CMK-1)在77K下的氮吸附等温线和在303K下的超临界甲烷高压吸附等温线。这些实验等温线是使用棒状狭缝孔(RSP)模型进行模拟的。该RSP模型与低压区的实验氮吸附等温线吻合良好,同时也很好地描述了观测到的甲烷等温线。根据实验和模拟等温线计算了吸附甲烷在303K下的等温压缩率。吸附甲烷的等温压缩性表现为超临界和液相之间的中间状态。这表明超临界甲烷的吸附层受到孔壁强相互作用势的高度压缩。

 

Peng等[2]进行了大规范蒙特卡罗 (GCMC) 模拟以研究甲烷和氢气在高度有序的碳分子筛 CMK-1 材料上的吸附行为。采用棒状狭缝孔(RSP)模型强调材料的凹槽结构,并引入孔径分布(PSD)定量表征材料的几何异质性。由 N2在 77 K的吸附等温线确定的 PSD表明 CMK-1 吸附剂是一种中孔材料。通过结合 GCMC 和 PSD 技术,CH 4在 303 K 和 H 2的吸附等温线在 CMK-1 材料中获得了 303 和 77 K 的温度。模拟的等温线与实验数据非常一致,表明使用 PSD 来表征材料是必要且有效的。GCMC 预测表明,在 30 MPa 和 303 K 下,CMK-1 材料中 CH 4和 H 2的重量吸收分别为 31.23 和 1.19 wt%。尽管在 77 K 和相同压力下有利于 H 2的 4.58 wt% 的更大负载,但它没有达到美国能源部 6.5 wt% 的目标。通过分析等量热,他们发现 CH 4在 303 K 和 H 2的吸附在 77 K 时,CMK-1 材料表现出明显的能量异质行为,CH 4的等量热为 10-27 kJ/ mol,H 2的等量热为2.73-9.9 kJ/mol 。然而,由于等量热主要集中在 4.82-6.65 kJ/mol 范围内,H 2在 303 K 时的吸附行为往往是能量均匀的。此外,通过探索孔宽与表面过量之间的关系,他们发现,对于 303 K 的 CH 4,对应于最大表面过量的最佳操作条件是w = 1.2422 nm 和P = 6 MPa,而对于H 2在 77 K,它们是w = 1.0647 nm 和P= 3MPa。

 

参考文献

[1] Ohkubo T , Miyawaki J ,  Kaneko K , et al. Adsorption Properties of Templated Mesoporous Carbon (CMK-1) for Nitrogen and Supercritical MethaneExperiment and GCMC Simulation[J]. Journal of Physical Chemistry B, 2002, 106(25):6523-6528.

 [2] Peng X, Cao D P, Wang W C. Heterogeneity characterization of ordered mesoporous carbon adsorbent CMK-1 for methane and hydrogen storage: GCMC simulation and comparison with experiment[J]. The Journal of Physical Chemistry C, 2008, 112(33): 13024-13036.

 

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