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MIL-127(Fe) 中CO₂/CO混合物的分子模拟
摘要：
本文通过分子模拟，研究了等摩尔CO₂和CO混合气体在MIL-127中，于三种不同温度和压力高达12 bar条件下的吸附与扩散情况。采用吉布斯系综蒙特卡洛（GEMC）模拟吸附，用分子动力学（MD）模拟吸附相结构及扩散。结果显示，233 K时MIL-127对CO₂相对于CO的吸附选择性约为15，结合吸附和扩散选择性，预测膜选择性约为12，且温度升高，两种选择性均降低。
研究背景：
1. 行业问题和研究现状：气体分离需表面丰富、孔径分布窄的多孔材料，MOFs是候选之一，但CO₂和CO的分离缺乏足够研究，现有MOF相关研究参数适用性有限。
2. 本文创新：采用GEMC和MD模拟结合的方法，研究MIL-127对CO₂/CO混合气体的吸附、扩散及选择性，且基于合适参数，考虑温度影响。
实验部分：
1. GEMC模拟：用自制Gibbon软件，设气体相（箱A）和MIL-127中的吸附相（箱B，4×4×4晶胞），输入气体箱尺寸、温度和粒子数，经平衡期后，用状态方程算压力，不同箱尺寸覆盖所需压力范围。结果得不同温度压力下的吸附等温线。
2. MD模拟：用DL_POLY软件，基于GEMC结果的粒子数，计算均方位移（MSD）得扩散系数，分析径向分布函数（RDF）研究结构。结果得不同温度下的扩散系数及吸附位点信息。
分析测试：
1. 吸附选择性：233 K时约15，303 K时约6，随温度升高降低。
2. 扩散系数：303 K时CO₂为10.5×10⁻¹⁰ m²/s，CO为11.5×10⁻¹⁰ m²/s；233 K时分别为1.8×10⁻¹⁰、2.4×10⁻¹⁰ m²/s，随温度降低减小。
3. 膜选择性：233 K时约11.8，303 K时约5.4，由吸附和扩散选择性乘积得出。
4. 结果揭示：MIL-127对CO₂吸附更强，低温利于分离，O_D和C_N是重要吸附位点。
总结：
1. 主要研究结果：明确了MIL-127对CO₂/CO混合气体的吸附、扩散特性及选择性，低温分离效果好。
2. 创新突破：结合GEMC和MD模拟，系统研究该混合体系在不同温度下的分离性能。
3. 潜在意义：为MIL-127用于CO₂和CO分离提供理论依据，指导相关工艺优化。
Molecular simulations of a CO₂/CO mixture in MIL-127
文章作者：Tatiya Chokbunpiam, Siegfried Fritzsche, Vudhichai Parasuk, Jürgen Caro, Suttichai Assabumrungrat
DOI：https://doi.org/10.1016/j.cplett.2018.02.032
文章链接： https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0009261418301179
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