硫化氢气体在金属有机骨架中吸附机理的分子模拟研究

作     者：孟筠青 周子涵 皮若楠 王婕 MENG Junqing;ZHOU Zihan;PI Ruonan;WANG Jie

作者机构：中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)共伴生能源精准开采北京市重点实验室北京100083 

出 版 物：《安全与环境学报》 (Journal of Safety and Environment)

年 卷 期：2024年第24卷第1期

页      面：99-107页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0837[工学-安全科学与工程] 

基　　金：中国矿业大学(北京)大学生创新创业训练计划项目(202212014) 

主　　题：安全工程 金属有机骨架(MOFs)材料 H_(2)S气体吸附 分子模拟 有限空间 

摘      要：研究硫化氢(H_(2)S)气体在金属有机骨架(Metal Organic Frameworks, MOFs)材料中的吸附机理,对应用MOFs材料控制城市地下有限空间内的H_(2)S气体具有重要意义。以不同类型的MOFs材料作为研究对象,基于Materials Studio软件建立了MOFs-H_(2)S吸附体系,应用巨正则蒙特卡洛(Rand Canonical Monte Carlo, GCMC)方法及分子动力学(Molecular Dynamics, MD)理论研究了相互作用能、吸附热、金属位点、官能团等的影响,在分子层面讨论了H_(2)S气体在MOFs中的吸附特性及机理。应用等温吸附试验验证了所使用分子模型及力场的可靠性。结果表明:不同金属位点对于吸附量有较大影响,对H_(2)S气体的吸附作用由强到弱依次为Mg^(2+)、Ni^(2+)、Co^(2+)、Mn^(2+)、Zn^(2+);亲水性官能团的引入利于H_(2)S气体的吸附捕捉;UiO-66-Cu因其团簇为网状结构更利于H_(2)S气体的捕捉与吸附。同时,该研究建立了吸附热方程,提供了MOFs吸附效果评判标准,为MOFs材料应用于城市地下有限空间吸附H_(2)S气体提供了理论依据。