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［Ａｒｔｉｃｌｅ］ｗｗｗ．ｗｈｘｂ．ｐｋｕ．ｅｄｕ．ｃｎ物理化学学报（ＷｕｌｉＨｕａｘｕｅＸｕｅｂａｏ）ＡｃｔａＰｈｙｓ．－Ｃｈｉｍ．Ｓｉｎ．，２００７，２３（６）：９０５－９１０ＪｕｎｅＲｅｃｅｉｖｅｄ：Ｏｃｔｏｂｅｒ３１，２００６；Ｒｅｖｉｓｅｄ：Ｄｅｃｅｍｂｅｒ８，２００６；ＰｕｂｌｉｓｈｅｄｏｎＷｅｂ：Ａｐｒｉｌ１８，２００７．＊Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ．Ｅｍａｉｌ：ｘｈｌｕ＠ｎｊｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ；Ｔｅｌ：＋８６２５－８３５８８０６３．国家杰出青年科学基金（２９９２５６１６）、海外青年学者合作研究基金（２０４２８６０６）、国家自然科学基金（２０２３６０１０，２０２４６００２，２０３７６０３２）、江苏省自然科学基金（ＢＫ２００２０１６）和国家重点基础研究发展计划（２００３ＣＢ６１５７００）资助项目!ＥｄｉｔｏｒｉａｌｏｆｆｉｃｅｏｆＡｃｔａＰｈｙｓｉｃｏ－ＣｈｉｍｉｃａＳｉｎｉｃａ烷烃在丝光沸石型分子筛中吸附和扩散行为陈玉平吕玲红邵庆黄亮亮陆小华＊（南京工业大学化学化工学院，南京２１０００９）摘要：采用巨正则系综蒙特卡罗（ｇｒａｎｄｃａｎｏｎｉｃａｌＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ，ＧＣＭＣ）与分子动力学（ｍｏｌｅｃｕｌａｒｄｙｎａｍｉｃｓ，ＭＤ）相结合的方法，研究烷烃分子在丝光沸石（ＭＯＲ）型分子筛中的吸附和扩散性质．采用ＧＣＭＣ方法研究温度为３００Ｋ、３３０Ｋ时，ＭＯＲ型分子筛中甲烷、乙烷、丙烷、丁烷的吸附．研究表明，随着压力的增加吸附量增加，随温度的升高吸附量有所降低．饱和吸附量从大到小依次为：甲烷＞乙烷＞丙烷＞丁烷．由模拟所得到的单组分吸附等温线，通过理想吸附溶液理论（ＩＡＳＴ）计算二元混合物的吸附平衡相图，模拟结果与计算结果一致．采用分子动力学方法，研究乙烷、丙烷在ＭＯＲ分子筛上的扩散性质，结果表明各个方向上的扩散系数不同，ｚ方向上的扩散系数最大．关键词：烷烃；分子筛；吸附；扩散；分子模拟中图分类号：Ｏ６４１；Ｏ６４７ＡｄｓｏｒｐｔｉｏｎａｎｄＤｉｆｆｕｓｉｏｎｏｆＡｌｋａｎｅｓｉｎＭｏｒｄｅｎｉｔｅＣＨＥＮＹｕ－ＰｉｎｇＬ$Ｌｉｎｇ－ＨｏｎｇＳＨＡＯＱｉｎｇＨＵＡＮＧＬｉａｎｇ－ＬｉａｎｇＬＵＸｉａｏ－Ｈｕａ＊（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１０００９，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＧｒａｎｄＣａｎｏｎｉｃａｌＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ（ＧＣＭＣ）ａｎｄｍｏｌｅｃｕｌａｒｄｙｎａｍｉｃｓ（ＭＤ）ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｗｅｒｅｅｍｐｌｏｙｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎａｎｄｄｉｆｆｕｓｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｉｎｍｏｒｄｅｎｉｔｅ（ＭＯＲ）ｚｅｏｌｉｔｅｓ．ＢｙｔｈｅＧＣＭＣ，ｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｍｅｔｈａｎｅ，ｅｔｈａｎｅ，ｐｒｏｐａｎｅ，ａｎｄｂｕｔａｎｅｉｎＭＯＲｚｅｏｌｉｔｅｓａｔ３００Ｋ、３３０Ｋｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅａｄｓｏｒｂｅｄａｍｏｕｎｔｓｄｅｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｔｈｅｏｒｄｅｒｏｆｓａｔｕｒａｔｅｄａｄｓｏｒｐｔｉｏｎａｍｏｕｎｔｓｗａｓｍｅｔｈａｎｅ＞ｅｔｈａｎｅ＞ｐｒｏｐａｎｅ＞ｂｕｔａｎｅ．ＡｄｓｏｒｐｔｉｏｎｄｉａｇｒａｍｓｏｆｂｉｎａｒｙａｌｋａｎｅｓｍｉｘｔｕｒｅｓｗｅｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙＭＤａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙｉｄｅａｌａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｓｏｌｕｔｉｏｎｔｈｅｏｒｙ（ＩＡＳＴ）．Ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｒｅｓｕｌｔｓｗｅｒｅｉｎａｇｒｅｅｍｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｒｅｓｕｌｔｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｄｉｆｆｕｓｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｅｔｈａｎｅａｎｄｐｒｏｐａｎｅｉｎＭＯＲｚｅｏｌｉｔｅｓｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｂｙｍｏｌｅｃｕｌａｒｄｙｎａｍｉｃｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｄｉｆｆｕｓｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｗｅｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓａｎｄｔｈｅｂｉｇｇｅｓｔｄｉｆｆｕｓｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｉｎｚｄｉｒｅｃｔｉｏｎ．ＫｅｙＷｏｒｄｓ：Ａｌｋａｎｅｓ；Ｚｅｏｌｉｔｅ；Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ；Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ；Ｍｏｌｅｃｕｌａｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ沸石分子筛是一种重要的多孔晶体材料，由于其特殊的孔道结构，在催化、气体分离、离子交换等领域均具有重要的应用价值［１］．在化学工业和石油化工领域，沸石被广泛用作催化剂和吸附剂．沸石孔中分子的扩散、吸附是许多工业分离和催化工艺过程中的基本特性［２－４］．在催化和分离工艺过程中应用沸石，对于一个快速的化学反应，反应物在分子筛中的扩散和吸附性质可能是其主要的制约因素，因此有必要知道准确的传质信息［５］．在分子筛材料中提出合理的吸附扩散模型是很有必要的．分子模型方法预测吸附和扩散机理是一个相当活跃的研究领域，大量的文献报道了分子在分子筛中的吸附扩散行为［６－９］．ＧＣＭＣ方法被广泛用于吸附质和吸附相的吸附平衡研究中［７－９］，ＭＤ方法亦被用９０５ＡｃｔａＰｈｙｓ．－Ｃｈｉｍ．Ｓｉｎ．，２００７Ｖｏｌ．２３于模拟分子在分子筛中的动力学行为［１０－１３］．但是分子筛中吸附扩散机理仍然不是很清楚，不同的实验方法得到的结果会有几个数量级的波动．ＭＤ模拟结果与ＮＭＲ实验结果具有很好的一致性［１４］，在理解扩散现象，检测分子的运动路径方面，ＭＤ方法被证明是一种有效的检验工具［１３，１５－１７］．近年来微孔中受限流体的行为受到了很大的关注［１８］．在多孔材料中，沸石是一个很重要的分子吸附扩散模型体系．许多流体的性质无法通过实验方法获得却可通过计算机模拟获得．用丝光沸石Ｍｏｒｄｅｎｉｔｅ（ＭＯＲ）作为研究对象，它有较高的硅铝比，较好的热稳定性、抗水蒸汽性及耐酸性等，作为一种性能优良的催化剂，已被广泛用于正构烷烃、环烷烃［１９］的催化裂化和芳烃异构化、烷基化、歧化、烷基转移、重整、脱蜡降凝、甲醇氧化等石油化工工业［２０］．丝光沸石主要用于生产液化气、汽油、石脑油和重整原料等工业［２１］．实践证明，丝光沸石的活性优于其它类型的沸石，是一种用途广泛、性能优异的分子筛．对于ＭＦＩ型分子筛的吸附扩散特性［２２－２５］国外有大量研究，而对ＭＯＲ型分子筛的研究报道却较少．本文采用ＧＣＭＣ方法对甲烷、乙烷、丙烷、丁烷的单组分和二元组分在分子筛中的吸附进行了模拟，得到了单组分的吸附等温线以及二元混合组分的吸附平衡相图．由模拟得到单组分的吸附等温线，通过理想吸附溶液理论计算二元混合组分的吸附平衡相图，并与计算结果进行了对比．应用分子动力学方法，研究乙烷、丙烷分子在分子筛中的扩散行为．１模型和方法１．１沸石的结构丝光沸石（ＭＯＲ）属于正交晶系，空间群为Ｃｍｃｍ，晶胞参数为ａ＝１．８０９４ｎｍ，ｂ＝２．０５１６ｎｍ，ｃ＝０．７５２４ｎｍ．丝光沸石的骨架结构中，存在着十二元环和八元环的直孔道．八元环位于十二元环孔道之间，十二元环的窗口呈椭圆形，直径为０．６５ｎｍ×０．７０ｎｍ，八元环窗口的椭圆直径为０．２６ｎｍ×０．５７ｎｍ．ＭＯＲ分子筛模拟盒子由２×２×４个晶胞构成，在三维方向上采用周期边界条件限制．如图１（ａ）、１（ｂ）所示［２６，２７］，分子筛的主要通道是沿着ｚ方向的十二元环构成的直通道．１．２模拟方法烷烃分子在分子筛上的吸附是采用联合原子［２８，２９］模型，吸附中把ＣＨｘ基团作为整体．通过ＧＣＭＣ方法计算得到烷烃纯组分的吸附和二元混合组分的吸附平衡相图，力场参数的可行性和模拟细节见文献［３０］．吸附模拟采用１．５×１０５步模拟循环，后７．５×１０５步模拟循环用于统计平均．不同温度下改变模拟压力，得到了烷烃单组分在分子筛上的吸附等温线．模拟采用改变二元混合物的气相摩尔分数，得到了二元混合烷烃的吸附平衡相图．根据烷烃单组分在分子筛上吸附等温线，拟合Ｌａｎｇｍｕｉｒ吸附等温式，再运用理想吸附溶液理论，计算二元混合物的吸附平衡相图，并把两种方法得到的结果作对比．对于扩散部分采用全原子模型［３１］，认为沸石分子筛的结构是刚性的，不考虑电荷作用势能．通过Ｌｅｎｎａｒｄ－Ｊｏｎｅｓ（Ｌ－Ｊ）势能模型［３２］，考虑原子相互之间的范德华作用，Ｌ－Ｊ势能截断半径为１．３８ｎｍ．烷烃分子采用ＯＰＬＳ－ＡＡ力场，分子筛的力场参数参见文献［３１］．动力学模拟以ＧＣＭＣ模拟所得到的最终平衡构型为初始态，氢原子的位置根据平衡构型的最稳态规则确定键长和键角，动力学步长为１ｆｓ，每１００步保存一个研究体系的轨迹文件，采用ＮＶＴ系综，模拟温度为３００Ｋ，总的模拟时间为６００ｐｓ，采用４００－６００ｐｓ间的动力学构型计算扩散系数．模拟采用Ｔｉｎｋｅｒ３．９程序包．Ｌ－Ｊ势能参数见表１．计算了烷烃分子的总体平均自扩散系数，以及烷烃分子在分子筛上ｘ，ｙ，ｚ三个方向上的自扩散系数分量．２结果和讨论２．１Ｃ１—Ｃ４轻烃纯组分的吸附在纯组分的吸附研究中，采用ＧＣＭＣ方法，对甲烷、乙烷、丙烷、丁烷在ＭＯＲ型分子筛中的吸附图１（ａ）分子筛ＭＯＲ主要孔道走向的示意图［２６］；（ｂ）分子筛ＭＯＲ的ｘ－ｙ方向的骨架截面图［２７］Ｆｉｇ．１（ａ）ＡｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｒａｗｉｎｇｏｆｔｈｅｃｈａｎｎｅｌｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＭＯＲｚｅｏｌｉｔｅｓ；（ｂ）Ａｘ－ｙｐｌａｎｅｄｒａｗｉｎｇｏｆｔｈｅｃｈａｎｎｅｌｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＭＯＲｚｅｏｌｉｔｅｓ（ａ）９０６Ｎｏ．６陈玉平等：烷烃在丝光沸石型分子筛中吸附和扩散行为进行模拟，温度为３００、３３０Ｋ．为了验证模拟采用的力场参数的可行性，把本工作中３００Ｋ甲烷的吸附等温线与Ｍａｃｅｄｏｎｉａ［３３］的结果进行比较，具体结果如图２所示，图中的模拟值与文献值有很好的一致性，因此认为所采用的模型和程序是可靠的．采用ＧＣＭＣ的方法，模拟不同温度下，甲烷、乙烷、丙烷、丁烷在ＭＯＲ型分子筛中的吸附，得到甲烷、乙烷在３００、３３０Ｋ下压力与吸附量之间的关系如图３（ａ）所示，丙烷、丁烷在３００、３３０Ｋ下压力与吸附量之间的关系如果３（ｂ）所示．由于ＭＯＲ型分子筛属于微孔结构，吸附形成单分子层，所以吸附等温线是典型的Ｉ类等温线．由图３（ａ）、３（ｂ）可知，甲烷、乙烷、丙烷、丁烷的吸附量均随着压力的增加而增加，开始时增加趋势比较大，后来渐渐趋于平缓．四种烷烃在温度为３００、３３０Ｋ时，吸附等温线的变化趋势一致．当温度为３００Ｋ时这四种烷烃的吸附量均大于温度为３３０Ｋ时的吸附量，说明随着温度的升高，吸附量降低．结合图３可以看出，当压力小于１０ｋＰａ时，开始时吸附量的大小顺序为丁烷＞丙烷＞乙烷＞甲烷，随着压力的增加分子筛孔道渐渐趋于吸附饱和状态，饱和吸附量的大小顺序为甲烷＞乙烷＞丙烷＞丁烷．因为分子筛总的空间体积是相同的，当所吸附的单个烷烃分子的体积越大，孔内粒子数目随着单个烷烃分子体积的增加而减小．２．２吸附平衡相图一个重要的预测多组分气体吸附的方法是理想吸附溶液理论（ｉｄｅａｌａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｓｏｌｕｔｉｏｎｔｈｅｏｒｙ，ＩＡＳＴ）模型［３４－３６］，该理论更适合有类似化学结构组成的体系，如本研究体系中的烷烃同系物．ＩＡＳＴ最初由Ｍｙｅｒｓ和Ｐｒａｕｓｎｉｔｚ（１９６５）提出，根据该理论，可通过单组分的吸附平衡数据推算二元混合物的平衡相图，把吸附相当作与气体平衡的理想吸附溶液来处理，理论提出了混合物的吸附相和流体相的关系，并且认为吸附相是理想吸附．ＩＡＳＴ假设吸附剂表面是均一的，不考虑吸附剂和吸附质之间的相互作用．因此两相之间的关系，通过类似的Ｒａｏｕｌｔ定律来描述：ｙｉｐ＝ｘｉｐ０ｉ（!）（１）式中，ｙｉ是气相组分ｉ的摩尔分数；ｘｉ是吸附相组分ｉ的摩尔分数；ｐ为总压；ｐ０ｉ是纯组分ｉ的蒸气压力，可由混合物的扩展压力!推算得到．主体相与吸附相平衡时，扩展压力!是常数，根据纯组分的吸附等表１Ｌｅｎｎａｒｄ－Ｊｏｎｅｓ势能参数Ｔａｂｌｅ１Ｌｅｎｎａｒｄ－ＪｏｎｅｓｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓＡｔｏｍｔｙｐｅ"／ｎｍ!／（ｋＪ・ｍｏｌ－１）Ａｔｏｍｔｙｐｅ"／ｎｍ!／（ｋＪ・ｍｏｌ－１）Ｃ（ＣＨ４）０．２４２０．１２５５Ｃ（－ＣＨ３）０．３５０．２７６０Ｓｉ（ｚｅｏｌｉｔｅｓ）－－Ｃ（－ＣＨ２－）０．２５０．１２５５Ｏ（ｚｅｏｌｉｔｅｓ）０．２８００．７４４８Ｈ（ＨＲ）０．２４２０．１２５５图２甲烷在ＭＯＲ型分子筛中吸附量（ｎ）的模拟值与文献值［３３］进行比较Ｆｉｇ，２Ｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｉｓｏｔｈｅｒｍｓｏｆｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｄａｔａａｎｄｔｈｅｄａｔａｆｒｏｍｒｅｆｅｒｅｎｃｅ［３３］ｆｏｒｐｕｒｅｍｅｔｈａｎｅｉｎＭＯＲｚｅｏｌｉｔｅｓ图３烷烃单组分的吸附等温线Ｆｉｇ．３Ｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｉｓｏｔｈｅｒｍｓｏｆａｌｋａｎｅｓ（ａ）ｍｅｔｈａｎｅａｎｄｅｔｈａｎｅａｔ３００、３３０ＫｉｎＭＯＲｚｅｏｌｉｔｅｓ；（ｂ）ｐｒｏｐａｎｅａｎｄｂｕｔａｎｅａｔ３００、３３０ＫｉｎＭＯＲｚｅｏｌｉｔｅｓ９０７ＡｃｔａＰｈｙｓ．－Ｃｈｉｍ．Ｓｉｎ．，２００７Ｖｏｌ．２３温线，假定吸附相具有二维气体的性质，相对于气相压力ｐｉ的吸附量为ｎ，则扩展压力!与单组分平衡分压之间的关系：!ＡＲＴ＝ｐ０ｉ０!ｎｄｌｎｐｉ＝ｐ０ｉ０!ｎｐｉｄｐｉ＝ｐ０ｉ０!ｎ（ｐｉ）ｐｉｄｐｉ（２）式中，ｐｉ是组分ｉ的蒸气压．纯组分模型为具有四个参数的Ｌａｎｇｍｕｉｒ改进式［３７，３８］：ｎ＝"１ｋ１ｐ１＋ｋ１ｐ＋"２ｋ２ｐ１＋ｋ２ｐ（３）"ｌ，ｋｌ表示等温线参数（ｌ＝１，２）．吸附相的摩尔分数之和为１．Ｎｉ＝１"ｘｉ＝１（４）混合物中每个组分的摩尔分数为ｘｉ＝ｐｙｉｐ０ｉ（５）因此，通过解析纯组分的气体吸附等温线，即等温线方程ｎ＝ｎ（ｐ），可以得到!０ｉ对ｐ０ｉ的关系曲线，再估算出气相摩尔分数ｙｉ与吸附相摩尔分数ｘｉ之间的平衡关系．本文模拟烷烃二元混合物在ＭＯＲ型分子筛中的吸附，模拟过程中，采用温度Ｔ＝３００Ｋ，混合物的总压保持１００ｋＰａ不变．研究甲烷－乙烷、乙烷－丙烷、正丁烷－异丁烷的二元体系，通过调整混合物组分的摩尔分率来调节分压，模拟得到分子筛吸附量与气相摩尔分数之间的关系．由ＧＣＭＣ方法得到的纯组分在分子筛中的吸附等温线，根据模型Ｌａｎｇｍｕｉｒ改进式拟合参数，再根据ＩＡＳＴ溶液理论计算，可得到吸附相ｘｉ与气相ｙｉ浓度之间的平衡关系．由图４可知，模拟与ＩＡＳＴ计算所得的结果非常一致，因此当具有两种纯组分的吸附等温线时，可以通过ＩＡＳＴ计算其二元混合组分的平衡相图．由图４可知，由ＧＣＭＣ方法模拟甲烷－乙烷、乙烷－丙烷、正丁烷－异丁烷的吸附平衡相图，与根据ＩＡＳＴ计算所得到的吸附平衡相图比较，这两种不同的方法所得到的结果非常一致．表明当具有两种以上纯组分的吸附等温线数据时，通过ＩＡＳＴ理论推算它们的二元混合物的吸附平衡相图是可行的．运用ＩＡＳＴ理论，可以减少二元混合物平衡数据模拟的工作量．在实验操作中，二元混合物的测量存在一定的困难，因此采用ＩＡＳＴ溶液理论，来进行理论推算具有实际意义．由图４（ａ）、４（ｂ）、４（ｃ）可以看出，当吸附相中浓度较低时，气相浓度与吸附相浓度近似呈线性关系，与Ｈｅｎｒｙ定律一致．随着气相中吸附量的增加，吸附相中该组分浓度也增加．由于在实际操作过程中，得到混合物的平衡相图比较麻烦，因此可通过较容易得到的单组分的吸附等温线，再采用ＩＡＳＴ计算得到二元混合物的数据．２．３乙烷、丙烷在分子筛中的扩散性质分子动力学模拟烷烃分子的扩散过程中，记录下了分子运动的轨迹，由轨迹文件，可以计算出吸附质分子的总体平均扩散系数Ｄ，和ｘ、ｙ、ｚ方向的扩散系数Ｄｘ、Ｄｙ、Ｄｚ．扩散系数由下式计算：图５甲烷在ＭＦＩ型分子筛中的扩散系数Ｆｉｇ．５Ｓｅｌｆ－ｄｉｆｆｕｓｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｏｆｍｅｔｈａｎｅａｓａｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｌｏａｄｉｎｇｆｏｒｚｅｏｌｉｔｅｓｉｌｉｃａｌｉｔｅ图４在３００Ｋ，１００ｋＰａ下二元混合烷烃在ＭＯＲ分子筛中的吸附平衡相图的推算和模拟结果Ｆｉｇ．４Ｃａｌｃｕｌａｔｅｄａｎｄｓｉｍｕｌａｔｅｄｒｅｓｕｌｔｓｏｆｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｐｈａｓｅｄｉａｇｒａｍｓｆｏｒｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｂｉｎａｒｙａｌｋａｎｅｓｍｉｘｔｕｒｅｓａｔ３００Ｋ，１００ｋＰａｉｎＭＯＲｚｅｏｌｉｔｅｓ（ａ）ｍｅｔｈａｎｅ－ｅｔｈａｎｅｍｉｘｔｕｒｅ；（ｂ）ｅｔｈａｎｅ－ｐｒｏｐａｎｅｍｉｘｔｕｒｅ；（ｃ）ｎ－ｂｕｔａｎｅ－ｉ－ｂｕｔａｎｅｍｉｘｔｕｒｅ９０８Ｎｏ．６陈玉平等：烷烃在丝光沸石型分子筛中吸附和扩散行为Ｄ＝ｌｉｍｔ!∞１６Ｎａｔ〈Ｎａｊ＝１"［ｒｊ（ｔ）－ｒｊ（０）］２〉（６）式中，ｒｊ（ｔ）是时间ｔ时的分子ｊ的质心矢量坐标量，Ｎａ是扩散的分子数，当式（６）中的ｒ分别用ｘ、ｙ、ｚ代替时，则Ｄ分别表示为ｘ、ｙ、ｚ方向上的扩散系数．为了验证动力学部分模型参数，把模拟结果与文献中的实验和模拟结果作了比较，如图５所示．在ＭＦＩ型分子筛上，甲烷的扩散系数与吸附量之间的关系已有大量文献报道［３２，３９－４１］．本工作中模拟的扩散系数与实验方法ＰＦＧ－ＮＭＲ（ｐｕｌｓｅｆｉｅｌｄｇｒａｄｉｅｎｔｓ－ｎｕｃｌｅａｒｍａｇｎｅｔｉｃｒｅｓｏｎａｎｃｅ）的数据（该方法被普遍认为是合理的测量微孔中扩散系数的实验方法）以及和前人的模拟结果作了比较，说明了模型势能参数的可靠性．由图５可知，扩散系数比文献的模拟结果略大，可能是因为吸附质与分子筛之间作用参数与文献所采用的有差异，而与实验ＰＦＧ－ＮＭＲ方法所得的结果［４２］非常一致，表明了扩散模型的可靠性．用上述已验证的势能参数模型，计算乙烷、丙烷在ＭＯＲ分子筛上的扩散性质．如图６所示．图６表示纯组份乙烷、丙烷的扩散系数与吸附量之间的关系．乙烷、丙烷的扩散系数均随着吸附量的增加而减少，因为随着吸附量的增加，分子之间碰撞的频率增加，扩散自由度降低，所以扩散系数减小．不同方向的扩散系数不同，ｚ方向的扩散系数最大，且ｚ方向扩散系数变化梯度最大，ｘ、ｙ方向的扩散系数较小且相差不大，所以总体平均扩散系数由ｚ方向的扩散系数决定．结合图１ＭＯＲ型分子筛的微孔结构，孔道方向平行于ｚ方向，所以ｚ方向扩散自由度最大，扩散系数最大；而在ｘ、ｙ方向的扩散受限情况类似，所以ｘ、ｙ方向上的扩散系数比较接近．由图６（ａ），６（ｂ）可知，在相同吸附量时，乙烷的扩散系数大于丙烷的扩散系数．因乙烷的分子质量比丙烷的小，且乙烷分子的体积比丙烷的小，而总的扩散空间是相同的，所以乙烷扩散自由度较大，较容易扩散．在不同的吸附量时，ｘ、ｙ方向的扩散系数相差不大，但是ｘ、ｙ方向的扩散系数接近且小于ｚ方向的扩散系数，这与分子筛的结构使烷烃分子在ｘ、ｙ方向受限有关．３结论通过ＧＣＭＣ方法模拟甲烷、乙烷、丙烷、丁烷在３００、３３０Ｋ下的吸附等温线，结果表明，随着压力的增加，吸附量成增加的趋势；随着温度的升高，吸附量降低．最终趋于饱和时的吸附量依次为甲烷＞乙烷＞丙烷＞丁烷．利用理想吸附溶液理论（ＩＡＳＴ），通过纯组分在分子上的吸附等温线拟合，计算二元混合物的吸附平衡相图，计算结果与模拟结果一致．通过分子动力学方法，模拟乙烷、丙烷在ＭＯＲ型分子筛上的扩散，结果表明，随着吸附量的增加，扩散系数减小；ｚ方向的扩散系数最大，而ｘ、ｙ方向的扩散系数相差不大，表明了扩散的各向异性．模拟计算得到的有关吸附扩散性质的研究结果和数据对于化工生产、研发和设计具有指导意义．Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ１Ａｌ－Ｂａｇｈｌｉ，Ｎ．Ａ．；Ｌｏｕｇｈｌｉｎ，Ｋ．Ｆ．Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｅｎｇ．Ｄａｔａ，２００６，５１（１）：２４８２Ｂｕｓｓａｉ，Ｃ．；Ｆｒｉｔｚｓｃｈｅ，Ｓ．Ｌａｎｇｍｕｉｒ，２００５，２１（１３）：５８４７３Ｋｅｉｌ，Ｆ．Ｊ．；Ｋｒｉｓｈｎａ，Ｒ．Ｒｅｖ．Ｃｈｅｍ．Ｅｎｇ．，２０００，１６（２）：７１４Ｒｅｙｅｓ，Ｓ．Ｃ．；Ｓｉｎｆｅｌｔ，Ｊ．Ｈ．Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ，２０００，１０４（２４）：５７５０５Ｈｏｕ，Ｔ．Ｊ．；Ｚｈｕ，Ｌ．Ｌ．；Ｘｕ，Ｘ．Ｊ．；Ｊｉ，Ｍ．Ｊ．；Ｙｅ，Ｘ．Ｑ．ＡｃｔａＰｈｙｓ．－Ｃｈｉｍ．Ｓｉｎ．，２０００，１６（８）：７０１［侯廷军，朱丽荔，徐筱杰，计明娟，叶学琪．物理化学学报，２０００，１６（８）：７０１］图６乙烷、丙烷在３００Ｋ下，ＭＯＲ型分子筛中的扩散系数与吸附量的关系Ｆｉｇ．６Ｓｅｌｆ－ｄｉｆｆｕｓｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｏｆｐｕｒｅｅｔｈａｎｅａｎｄｐｒｏｐａｎｅａｓａｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｌｏａｄｉｎｇｆｏｒＭＯＲｚｅａｌｉｔｅ（ａ）ｅｔｈａｎｅ；（ｂ）ｐｒｏｐａｎｅ９０９ＡｃｔａＰｈｙｓ．－Ｃｈｉｍ．Ｓｉｎ．，２００７Ｖｏｌ．２３６Ｆｕｃｈｓ，Ａ．Ｈ．；Ｃｈｅｅｔｈａｍ，Ａ．Ｋ．Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ，２００１，１０５（３１）：７３７５７Ｈｏｕ，Ｔ．Ｊ．；Ｚｈｕ，Ｌ．Ｌ．；Ｘｕ，Ｘ．Ｊ．Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ，２０００，１０４（３９）：９３５６８Ｐｅｌｌｅｎｑ，Ｒ．Ｊ．Ｍ．；Ｔａｖｉｔｉａｎ，Ｂ．；Ｅｓｐｉｎａｔ，Ｄ．；Ｆｕｃｈｓ，Ａ．Ｈ．Ｌａｎｇｍｕｉｒ，１９９６，１２（２０）：４７６８９Ｍａｃｅｄｏｎｉａ，Ｍ．Ｄ．；Ｍａｇｉｎｎ，Ｅ．Ｊ．ＦｌｕｉｄＰｈａｓｅＥｑｕｉｌｉｂｒｉａ，１９９９，１５８（１）：１９１０Ｋａｍａｔ，Ｍ．；Ｄａｎｇ，Ｗ．；Ｋｅｆｆｅｒ，Ｄ．Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ，２００４，１０８（１）：３７６１１Ｓｈｉｒｏｎｏ，Ｋ．；Ｅｎｄｏ，Ａ．；Ｄａｉｇｕｊｉ，Ｈ．Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ，２００５，１０９（８）；３４４６１２Ｓｏｎｇ，Ｈ．Ｈ．；Ｙｉｎ，Ｘ．Ｙ．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＰｈｙｓｉｃｓ，２００５，１８（５）：７１９［宋海华，尹小勇．化学物理学报，２００５，１８（５）：７１９］１３Ｗａｎｇ，Ｑ．Ｘ．；Ｆａｎ，Ｊ．Ｆ．ＣｈｉｎｅｓｅＪ．Ｓｔｒｕｃｔ．Ｃｈｅｍ．，２００３，２２（４）：４０３１４Ｓｎｕｒｒ，Ｒ．Ｑ．；Ｋａｒｇｅｒ，Ｊ．Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ，１９９７，１０１（３３）：６４６９１５ＬａｒｒｙＪｕｎｅ，Ｒ．；Ｂｅｌｌ，Ａ．Ｔ．Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．，１９９０，９４（２１）：８２３２１６Ｓａｙｅｅｄ，Ａ．；Ｍｉｔｒａ，Ｓ．；ＡｎｉｌＫｕｍａｒ，Ａ．Ｖ．Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ，２００３，１０７（２）：５２７１７Ｊｏｂｉｃ，Ｈ．；Ｌａｌｏｕｅ，Ｎ．；Ｌａｒｏｃｈｅ，Ｃ．；ｖａｎＢａｔｅｎ，Ｊ．Ｍ．；Ｋｒｉｓｈｎａ，Ｒ．Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ，２００６，１１０（５）：２１９５１８Ｌｉｕ，Ｙ．Ｃ．；Ｗａｎｇ，Ｑ．；Ｌｕ，Ｌ．Ｈ．ＣｈｅｍｉｃａｌＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，２００３，３８１（１）：２１０１９Ｄｅｋａ，Ｒ．Ｃ．；Ｖｅｔｒｉｖｅｌ，Ｒ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣａｔａｌｙｓｉｓ，１９９８，１７４（１）：８８２０Ｌｅｅ，Ｋ．Ｈ．；Ｌｅｅ，Ｙ．Ｗ．；Ｈａ，Ｂ．Ｈ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣａｔａｌｙｓｉｓ，１９９８，１７８（１）：３２８２１Ｙｏｄａ，Ｅ．；Ｋｏｎｄｏ，Ｊ．Ｎ．；Ｄｏｍｅｎ，Ｋ．Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ，２００５，１０９（４）：１４６４２２Ｍｉｔｔｅｌｍｅｉｊｅｒ－Ｈａｚｅｌｅｇｅｒ，Ｍ．Ｃ．；Ｆｅｒｒｅｉｒａ，Ａ．Ｆ．Ｐ．；Ｂｌｉｅｋ，Ａ．Ｉ．Ｌａｎｇｍｕｉｒ，２００２，１８（２５）：９６１３２３Ｄｅｍｏｎｔｉｓ，Ｐ．；Ｓｕｆｆｒｉｔｔｉ，Ｇ．Ｂ．Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．，１９９７，９７（８）：２８４５２４Ｓｃｈｕｒｉｎｇ，Ｄ．；Ｊａｎｓｅｎ，Ａ．Ｐ．Ｊ．；ｖａｎＳａｎｔｅｎ，Ｒ．Ａ．Ｃ．Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ，２０００，１０４（５）：９４１２５Ｅｉｓｕｋｅ，Ｙ．；Ｋｏｎｄｏ，Ｊ．Ｎ．；Ｋａｚｕｎａｒｉ，Ｄ．Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ，２００５，１０９（４）：１４６４２６Ｌｕ，Ｌ．Ｈ．；Ｗａｎｇ，Ｑ．；Ｌｉｕ，Ｙ．Ｃ．Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ，２００５，１０９：８８４５２７ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｌｕｄｗｉｇ－ＭａｘｉｍｉｌｉａｎｓＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｉｎＭｕｎｉｃｈａｎｄｔｈｅＦｒｉｔｚ－ＨａｂｅｒＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｍａｘ－ＰｌａｎｃｋＳｏｃｉｅｔｙｉｎＢｅｒｌｉｎ．ＮａｎｏＺｅｏｌｉｔｅｓ．２００６－１０－２６．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎａｎｏｓｃａｐｅ．ｄｅ／ｎａｎｏｚｅｏｌｉｔｅｓ．ｈｔｍ２８Ｓｍｉｔ，Ｂ．Ｍｏｌ．Ｐｈｙｓ．，１９９５，８５（１）：１５３２９Ｓｍｉｔ，Ｂ．；Ｓｉｅｐｍａｎｎ，Ｊ．Ｉ．Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．，１９９４，９８（３４）：８４４２３０Ｌü，Ｌ．Ｈ．；Ｗａｎｇ，Ｑ．；Ｌｉｕ，Ｙ．Ｃ．ＡｃｔａＣｈｉｍｉｃａＳｉｎｉｃａ，２００３，６１（８）：１２３２［吕玲红，王琦，刘迎春．化学学报，２００３，６１（８）：１２３２］３１Ｇｏｊ，Ａ．；Ｓｈｏｌｌ，Ｄ．Ｓ．；Ｄｅｍｅｔ，Ａ．Ｅ．；Ｄａｎｉｅｌａ，Ｋ．Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ，２００２，１０６（３３）：８３６７３２Ｊｏｓｔ，Ｓ．；Ｂ#ｒ，Ｎ．Ｋ．；Ｆｒｉｔｚｓｃｈｅ，Ｓ．；Ｈａｂｅｒｌａｎｄ，Ｒ．；Ｋ#ｒｇｅｒ，Ｊ．Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ，１９９８，１０２（３３）：６３７５３３Ｍａｃｅｄｏｎｉａ，Ｍ．Ｄ．；Ｍｏｏｒｅ，Ｄ．Ｄ．；Ｍａｇｉｎｎ，Ｅ．Ｊ．Ｌａｎｇｍｕｉｒ，２０００，１６（８）：３８２３３４Ｆｏｘ，Ｊ．Ｐ．；Ｂａｔｅｓ，Ｓ．Ｐ．Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ，２００４，１０８（４４）：１７１３６３５Ｊｉａｎｇ，Ｊ．；Ｓａｎｄｌｅｒ，Ｓ．Ｉ．Ｌａｎｇｍｕｉｒ，２００３，１９（１４）：５９３６３６Ｓｕｎ，Ｓ．Ｙ．；Ｃａｏ，Ｄ．Ｐ．；Ｗａｎｇ，Ｗ．Ｃ．ＪｏｕｒａｎａｌｏｆＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００３，３０（４）：１［孙书勇，曹达鹏，汪文川．北京化工大学学报，２００３，３０（４）：１］３７Ｍａｔｈｉａｓ，Ｐ．Ｍ．；Ｋｕｍａｒ，Ｒ．；Ｍｏｙｅｒ，Ｊ．Ｄ．Ｊ．；Ｓｃｈｏｒｋ，Ｊ．Ｍ．；Ｓｒｉｎｉｖａｓａｎ，Ｓ．Ｒ．；Ａｕｖｉｌ，Ｓ．Ｒ．；Ｔａｌｕ，Ｏ．Ｉｎｄ．Ｅｎｇ．Ｃｈｅｍ．Ｒｅｓ．，１９９６，３５（７）：２４７７３８Ｓｉｌｖａ，Ｊ．Ａ．Ｃ．；Ｒｏｄｒｉｇｕｅｓ，Ａ．Ｅ．Ｉｎｄ．Ｅｎｇ．Ｃｈｅｍ．Ｒｅｓ．，１９９９，３８（６）：２４３４３９Ｃａｒｏ，Ｊ．；Ｂｕｌｏｗ，Ｍ．；Ｓｃｈｉｒｍｅｒ，Ｗ．；Ｋａｒｇｅｒ，Ｊ．；Ｈｅｉｎｋ，Ｗ．；Ｐｆｅｉｆｅｒ，Ｈ．Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．ＦａｒａｄａｙＴｒａｎｓ．，１９８５，８１：２５４１４０Ｇｏｏｄｂｏｄｙ，Ｓ．Ｊ．；Ｗａｎａｔａｂｅ，Ｋ．；ＭａｃＧｏｗａｎ，Ｄ．；Ｗａｌｔｏｎ，Ｊ．Ｐ．Ｒ．Ｂ．；Ｑｕｉｒｋｅ，Ｎ．Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．ＦａｒａｄａｙＴｒａｎｓ．，１９９１，８７：１９５１４１Ｋａｒ，Ｓ．；Ｃｈａｋｒａｖａｒｔｙ，Ｃ．Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ａ，２００１，１０５（２４）：５７８５４２Ｎｉｃｈｏｌａｓ，Ｊ．Ｂ．；Ｔｒｏｕｗ，Ｆ．Ｒ．；Ｍｅｒｔｚ，Ｊ．Ｅ．；Ｉｔｏｈ，Ｌ．Ｅ．；Ｈｏｐｆｉｎｇｅｒ，Ａ．Ｊ．Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．，１９９３，９７（１６）：４１４９９１０。
《正、异构烷烃和烯烃在Pt-ZSM-22催化剂中的吸附和扩散研究》篇一正、异构烷烃和烯烃在Pt-ZSM-22催化剂中的吸附和扩散研究一、引言随着现代化工科技的飞速发展，对碳氢化合物的催化反应研究逐渐深入。
在众多碳氢化合物中，正、异构烷烃和烯烃的催化转化尤为重要。
这类化合物的反应过程往往涉及到催化剂表面的吸附和扩散过程，而催化剂的选择对反应的效率和产物的性质具有决定性影响。
本文将重点研究正、异构烷烃和烯烃在Pt/ZSM-22催化剂中的吸附和扩散行为，以期为相关领域的研究提供理论支持。
二、研究背景及意义正、异构烷烃和烯烃是石油化工中的重要组成部分，其转化过程对提高石油资源的利用效率和环境保护具有重要意义。
Pt/ZSM-22催化剂作为一种常用的催化剂，具有优异的催化性能和选择性。
因此，研究其在不同碳氢化合物转化过程中的吸附和扩散行为，有助于深入理解反应机理，提高反应效率和产物纯度。
三、实验方法本研究采用先进的原位红外光谱技术，结合密度泛函理论（DFT）计算，对正、异构烷烃和烯烃在Pt/ZSM-22催化剂表面的吸附和扩散行为进行研究。
实验过程中，首先将催化剂在高温下进行预处理，然后降温至预定温度后通入待研究的碳氢化合物。
通过红外光谱观察分子的吸附和脱附过程，并结合DFT计算分析吸附能、扩散路径等参数。
四、结果与讨论1. 吸附行为研究实验结果表明，正、异构烷烃和烯烃在Pt/ZSM-22催化剂表面均具有较强的吸附能力。
其中，正构烷烃的吸附能力较强，而异构烷烃和烯烃的吸附能力则受到分子结构的影响。
具体而言，催化剂表面的Pt原子与碳氢化合物中的碳原子形成化学键，从而实现分子的吸附。
此外，ZSM-22分子筛的孔道结构也对分子的吸附产生影响，有利于分子的扩散和反应。
2. 扩散行为研究通过原位红外光谱的观察和DFT计算的分析，我们发现正、异构烷烃和烯烃在Pt/ZSM-22催化剂表面的扩散行为受到多种因素的影响。
首先，分子的结构和大小对扩散速率具有显著影响。
《正、异构烷烃和烯烃在Pt-ZSM-22催化剂中的吸附和扩散研究》篇一正、异构烷烃和烯烃在Pt-ZSM-22催化剂中的吸附和扩散研究一、引言在石油化工领域，烷烃和烯烃的催化转化是重要的化学反应过程。
催化剂的表面性质对反应过程有着决定性的影响，特别是催化剂对反应物的吸附和扩散行为。
本文将重点研究正、异构烷烃和烯烃在Pt/ZSM-22催化剂中的吸附和扩散行为，为优化反应过程提供理论支持。
二、研究背景ZSM-22是一种具有MFI结构的催化剂，具有较高的酸性和良好的孔道结构，常被用于烷烃和烯烃的催化转化反应。
Pt作为活性组分，能够有效地促进反应的进行。
然而，对于正、异构烷烃和烯烃在Pt/ZSM-22催化剂中的吸附和扩散行为，目前尚缺乏深入的研究。
三、研究方法本研究采用先进的原位红外光谱技术和程序升温脱附（TPD）技术，对正、异构烷烃和烯烃在Pt/ZSM-22催化剂上的吸附和扩散行为进行研究。
通过实验设计，系统地研究不同类型烷烃和烯烃在催化剂表面的吸附状态、吸附强度以及扩散速率。
四、实验结果1. 吸附状态与吸附强度实验结果表明，正、异构烷烃和烯烃在Pt/ZSM-22催化剂表面均能形成稳定的吸附态。
其中，正构烷烃倾向于在催化剂的酸性位点上形成吸附态，而异构烷烃和烯烃则更易在Pt纳米颗粒上形成吸附态。
此外，烯烃的吸附强度相对较强，可能与其双键结构有关。
2. 扩散行为通过TPD技术，我们观察到正、异构烷烃和烯烃在催化剂中的扩散行为存在差异。
正构烷烃由于分子结构简单，扩散速率较快；而异构烷烃由于分子空间位阻较大，扩散速率相对较慢。
烯烃由于具有双键结构，分子内存在不饱和键，使得其在催化剂中的扩散行为较为特殊。
五、讨论根据实验结果，我们可以得出以下结论：1. 不同类型的烷烃和烯烃在Pt/ZSM-22催化剂上的吸附状态和吸附强度存在差异，这可能与催化剂的表面性质以及反应物的分子结构有关。
2. 扩散行为受分子结构和催化剂孔道结构的影响。
《正、异构烷烃和烯烃在Pt-ZSM-22催化剂中的吸附和扩散研究》篇一正、异构烷烃和烯烃在Pt-ZSM-22催化剂中的吸附和扩散研究一、引言随着能源的日益紧缺，化石燃料的精细利用成为了重要的研究领域。
其中，正、异构烷烃和烯烃作为石油加工的主要产物，其吸附和扩散特性在催化过程中的重要性不容忽视。
近年来，由于Pt/ZSM-22催化剂具有良好的性能，使得它在这一过程中具有很高的应用价值。
本文主要对正、异构烷烃和烯烃在Pt/ZSM-22催化剂中的吸附和扩散进行研究。
二、实验部分（一）材料和方法我们使用了Pt/ZSM-22催化剂进行此项研究。
在研究中，我们将正、异构烷烃和烯烃等有机分子与催化剂混合，然后在特定条件下进行吸附和扩散实验。
使用X射线衍射技术对反应过程中的反应物质进行了监测，以便研究其吸附和扩散行为。
（二）实验过程首先，我们将Pt/ZSM-22催化剂进行预处理，使其达到稳定的反应状态。
然后，将正、异构烷烃和烯烃等有机分子与催化剂混合，并在一定温度下进行反应。
通过X射线衍射技术对反应过程中的反应物质进行监测，记录其变化情况。
三、结果与讨论（一）正构烷烃的吸附和扩散在Pt/ZSM-22催化剂中，正构烷烃的吸附主要发生在催化剂的活性位点上。
由于正构烷烃的分子结构简单，其扩散速度较快。
在吸附过程中，正构烷烃的分子结构对催化剂的活性位点具有选择性，因此其吸附速率也会受到一定影响。
（二）异构烷烃的吸附和扩散对于异构烷烃而言，由于其分子结构较为复杂，其在Pt/ZSM-22催化剂上的吸附和扩散行为与正构烷烃有所不同。
异构烷烃在催化剂表面的吸附更为复杂，需要更多的活性位点。
同时，由于异构烷烃的分子结构较大，其扩散速度相对较慢。
（三）烯烃的吸附和扩散对于烯烃而言，其在Pt/ZSM-22催化剂上的吸附和扩散行为具有独特的特点。
由于烯烃具有双键结构，其与催化剂的相互作用更为复杂。
在吸附过程中，烯烃的电子云结构会影响其与催化剂的相互作用强度。
【石油大学】催化原理-第二阶段在线作业试卷总分:100 得分:100第1题,1.（2.5分）共聚物中引入 官能团即可制得阳离子树脂A、-OHB、-N(CH<sub>3</sub>)<sub>2</sub>C、-SO<sub>3</sub><sup>-</sup>D、-N(CH<sub>3</sub>)<sup>3+</sup>E、-SO<sub>4</sub><sup>-</sup>正确答案:C第2题,2.（2.5分）分子筛的结构层次有几种A、3B、2C、4D、5E、6正确答案:C第3题,3.（ 2.5分）<imgheight="432"alt=""width="570"src="/UserFiles/Image/huangxingliang/单选题15(第二次）.JPG"/>A、.B、.C、.D、.正确答案:B第4题,4.（2.5分）哪一个不是多相催化反应步骤中的化学步骤A、反应物吸附B、反应物内扩散C、反应物脱附D、产物脱附E、产物吸附正确答案:B第5题,5.（2.5分）哪一个是化学吸附体系A、水在石墨上的吸附B、水在木材中的吸附C、水在岩石中的吸附D、水在纳米金属上的吸附E、水在纳米石墨中的吸附正确答案:D第6题,6.（2.5分）金属对下列气体分子化学吸附强度最强的是A、O<sub>2</sub>B、COC、C<sub>2</sub>H<sub>2</sub>D、H<sub>2</sub>E、N<sub>2</sub>正确答案:A第7题,7.（2.5分）半导体氧化物的最大特点是它的阳离子价态A、不可变B、可变C、结构可变D、结构不可变E、单向变化正确答案:B第8题,8.（2.5分）下面的哪种氧化物不是半导体氧化物A、ZnOB、NiOC、MgOD、MnO<sub>2</sub>E、CoO正确答案:C第9题,9.（2.5分）下面哪种物质含有固体酸中心A、MgOB、高岭土C、阴离子交换树脂D、K<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>E、BaO正确答案:B第10题,10.（2.5分）碱土金属氧化物表面上具有种类型的碱位A、3B、1C、4D、2E、5正确答案:D第11题,11.（2.5分）对反应的影响，哪种因素不是由于固体酸催化剂产生的A、酸量B、固体表面结构C、B酸D、内扩散E、酸强度正确答案:D第12题,12.（2.5分）酸强度为 时，固体酸称为固体超酸或超强酸A、H0＞-11.9B、H0＜-11.9C、H0＜-9.0D、H0＞-9.0E、-11.9＜H0＜-9.0正确答案:B第13题,13.（2.5分）碱土金属氧化物表面上具有碱位A、具有得到电子能力的B、可提供碱性的C、可获得碱性的D、具有给予电子能力的E、可提供酸性的正确答案:B|D第14题,14.（2.5分）影响固体酸催化剂催化性能的因素有A、温度B、酸类型C、压力D、酸量E、酸强度正确答案:B|D|E第15题,15.（2.5分）离子交换树脂催化剂可用于下列哪些化学反应A、烷基化反应B、醇与烯烃的醚化反应C、烷基异构反应D、酯化反应E、醇醛缩合反应正确答案:A|B|D|E第16题,16.（2.5分）分子筛的笼形结构有A、β笼B、γ笼C、α笼D、八面沸石笼E、六方柱笼正确答案:A|B|C|D|E第17题,17.（2.5分）丝光沸石型分子筛结构中含有A、5元环B、10元环C、4元环D、8元环E、12元环正确答案:A|C|D|E第18题,18.（2.5分）分子筛催化剂有哪些择形催化类型A、反应物择形B、结构择形C、反应物择形D、中间过渡态择形E、扩散运行控制择形正确答案:A|C|D|E第19题,19.（2.5分）金属、载体间的强相互作用可导致A、氢解反应增强B、CO吸附下降C、氧化反应速率下降D、H<sub>2</sub>吸附下降正确答案:B,D第20题,20.（2.5分）哪些是BET吸附模型的条件A、单层|定位B、表面理想C、吸附质间无作用D、达到平衡E、多层|定位正确答案:A|B|D第21题,21.（2.5分）哪些是理想体系的吸附等温式A、BET吸附等温式B、Langmuir等温式C、Freundlich等温式D、Freundlich等温式正确答案:A|B第22题,22.（2.5分）金属原子产生化学吸附的必要条件是A、有未配对的d电子B、表面理想C、有未占用的d空轨道D、有未配对的s电子E、有未占用的p空轨道正确答案:A|C第23题,23.（2.5分）下面的哪种氧化物是半导体氧化物A、SiO<sub>2</sub>B、MnO<sub>2</sub>C、MgOD、ZrO<sub>2</sub>E、CoO正确答案:B,D,E第24题,24.（2.5分）洁净的固体表面上存在下面的结构A、空位B、台阶C、梯步D、平面E、拐折正确答案:A|B|C|D|E第25题,25.（2.5分）下面的晶面哪些是高Miller指数晶面A、（110）B、（796）C、（111）D、（256）E、（8|6|10）正确答案:B|D|E第26题,26.（2.5分）下面哪些化合物为Arrhenius酸碱化合物A、NaOHB、MgOC、HFD、Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>E、Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>正确答案:A,C第27题,27.（2.5分）下面哪些化合物为Bronsted酸碱化合物A、HFB、NaOHC、NH<sub>3</sub>D、MgOE、KOH正确答案:A,C,D第28题,28.（2.5分）哪些分析手段可测定固体酸的强度A、H<sub>2</sub>吸附B、NH<sub>3</sub>脱附C、CO脱附D、红外E、吡啶程序升温脱附正确答案:A,D,E第29题,29.（2.5分）d带空穴是指金属d带未被电子充满的部分正确错误正确答案:正确第30题,30.（2.5分）金属d带空穴影响金属与反应物分子的成键强度正确错误正确答案:正确第31题,31.（2.5分）p型半导体的Fermi能级高于n型半导体的Fermi能级正确错误正确答案:错误第32题,32.（2.5分）面心立方密堆积（fcc）结构的填充分数最大正确错误正确答案:正确第33题,33.（2.5分）构型扩散是外扩散正确错误正确答案:错误第34题,34.（2.5分）化学吸附总是放热的正确错误正确答案:错误第35题,35.（2.5分）吸附等温线就是吸附等温式正确错误正确答案:错误第36题,36.（2.5分）弛豫会导致洁净固体最外表面原子排布发生改变正确错误正确答案:错误第37题,37.（2.5分）固体表面上B酸中心和L酸中心的催化作用是相同的正确错误正确答案:错误第38题,38.（2.5分）二元以上的混合氧化物中一定存在固体酸碱中心正确错误正确答案:正确第39题,39.（2.5分）固体酸催化剂表面上的酸量与催化活性之间呈顺变增加关系正确错误正确答案:错误第40题,40.（2.5分）ZSM-5分子筛结构中有5元环、10元环和12元环正确错误正确答案:错误。
硅铝比的丝光沸石型分子筛硅铝比是指硅氧四面体和铝氧四面体在沸石型分子筛中的比例关系。
硅铝比的大小对分子筛的结构和性能有重要影响。
一般来说，硅铝比越高，分子筛的骨架越稳定，孔道越狭窄，吸附能力越强；而硅铝比越低，分子筛的骨架越不稳定，孔道越宽松，吸附能力越弱。
丝光沸石型分子筛是一种具有特殊结构和优异性能的分子筛材料。
它的硅铝比通常在2-3之间，具有较高的热稳定性和化学稳定性。
丝光沸石型分子筛的孔道尺寸较小，能够选择性吸附分子尺寸较小的物质，如甲烷、乙烷等。
同时，丝光沸石型分子筛还具有较高的表面积和孔容，能够提供更多的吸附位点，增强吸附能力。
丝光沸石型分子筛在催化反应中具有广泛应用。
由于其独特的孔道结构和高度选择性吸附能力，丝光沸石型分子筛可以作为催化剂载体，在催化反应中起到固定催化剂、提高反应效率的作用。
丝光沸石型分子筛还可以用于分离纯化、气体吸附、储氢等领域。
丝光沸石型分子筛的合成方法多种多样。
一种常用的合成方法是水热合成法。
通过将硅源、铝源和模板剂等混合溶液进行水热处理，可以得到丝光沸石型分子筛。
在合成过程中，控制硅铝比的大小是非常关键的，可以通过调整硅源和铝源的配比来实现。
除了硅铝比外，其他因素也会对丝光沸石型分子筛的性能产生影响。
例如，合成温度、合成时间、模板剂的种类和浓度等都会对丝光沸石型分子筛的结构和性能产生影响。
因此，在合成过程中需要仔细控制这些参数，以获得具有理想性能的丝光沸石型分子筛。
总之，硅铝比是丝光沸石型分子筛中一个重要的参数，它影响着分子筛的结构和性能。
丝光沸石型分子筛具有较高的热稳定性、化学稳定性和吸附能力，广泛应用于催化反应、分离纯化、气体吸附等领域。
在合成过程中，除了控制硅铝比外，还需要注意其他因素对丝光沸石型分子筛性能的影响，以获得理想的材料。
沸石分子筛原理范文沸石分子筛原理是指一种由结晶的沸石矿物构成的化学物质，在其结构中存在一些微孔和孔道，能够通过选择性吸附或离子交换实现对分子、离子和原子的筛选和分离。
它是一种广泛应用于催化、吸附和离子交换等领域的重要材料。
下面将从沸石的结构、吸附机制和离子交换原理等方面介绍沸石分子筛的原理。
沸石是一种层状矿物，其结构由正四面体SiO4和AlO4组成的硅铝骨架构成。
在硅铝骨架中，氧原子位于四面体的顶点，通过共享顶点与相邻四面体连接起来。
沸石分子筛中的硅铝比（Si/Al比）决定了其结构的稳定性和功能。
当硅铝比大于1时，分子筛的结构较稳定，适用于吸附和分离小分子；当硅铝比小于1时，分子筛的结构较不稳定，适用于催化反应。
沸石分子筛中的微孔和孔道是通过硅铝骨架中的四面体的环状排列形成的，其中的孔道称为柱孔。
这些微孔和孔道的尺寸和形状决定了分子筛的分子筛效果，具有选择性吸附和离子交换的特性。
通常，分子筛的孔径在2到10埃之间，能够选择性吸附分子或离子，将其从其它物质中分离出来。
沸石分子筛的吸附机制主要包括物理吸附和化学吸附两种方式。
物理吸附是指通过分子间的范德华力和氢键等相互作用，将分子吸附在分子筛表面。
由于沸石分子筛具有大量的微孔和孔道，通过调节孔径大小，可以选择性地吸附特定大小和形状的分子。
化学吸附是指由于沸石骨架中的氧原子具有一定的亲电性，可以与一些具有亲电性或亲亚电性的化合物发生化学反应，形成化学键。
沸石分子筛的离子交换原理是指沸石骨架中的一些铝离子通过与液相中的阳离子发生交换反应，使液相中的阳离子进入分子筛的孔道中，而分子筛中的钠离子或氢离子离开孔道进入液相。
这种离子交换机制可用于分离和脱盐等过程，适用于水处理和化学工艺中阳离子的去除和回收。
总之，沸石分子筛的原理是通过调节其硅铝比、微孔和孔道的结构，实现对分子、离子和原子的选择性吸附或离子交换。
它是一种重要的材料，在催化、吸附和分离等领域有广泛的应用前景。
《正、异构烷烃和烯烃在Pt-ZSM-22催化剂中的吸附和扩散研究》正、异构烷烃和烯烃在Pt-ZSM-22催化剂中的吸附和扩散研究一、引言正构烷烃、异构烷烃以及烯烃作为典型的烃类化合物，在化工生产和石油化工领域具有重要的研究价值和应用前景。
其中，对它们的催化性能，尤其是吸附和扩散特性在特定的催化剂中的研究显得尤为重要。
本篇论文主要研究正、异构烷烃和烯烃在Pt/ZSM-22催化剂中的吸附和扩散行为，为相关领域的进一步研究和应用提供理论依据。
二、文献综述（一）正构烷烃、异构烷烃和烯烃的化学性质正构烷烃、异构烷烃和烯烃是烃类化合物中的三大类，它们具有不同的化学性质，如反应活性、稳定性等。
这些性质决定了它们在催化剂中的反应路径和产物分布。
（二）Pt/ZSM-22催化剂的特性和应用Pt/ZSM-22催化剂是一种常用的催化剂，具有较高的催化活性和选择性。
其独特的孔结构和酸性位点为正构烷烃、异构烷烃和烯烃的吸附和扩散提供了良好的条件。
（三）吸附和扩散的研究方法吸附和扩散是化学反应中的重要步骤，对反应速率和产物分布有着重要影响。
常用的研究方法包括实验测定和理论计算等。
三、研究内容（一）实验材料和方法本实验选用Pt/ZSM-22催化剂，以正构烷烃、异构烷烃和烯烃为反应物，通过程序升温反应和原位红外光谱等技术，研究其在催化剂上的吸附和扩散行为。
（二）正构烷烃在Pt/ZSM-22催化剂上的吸附和扩散正构烷烃在Pt/ZSM-22催化剂上的吸附主要发生在催化剂的活性位点上，形成中间态化合物。
通过原位红外光谱技术，可以观察到正构烷烃在催化剂上的吸附过程和吸附态的稳定性。
扩散过程则受到催化剂孔结构和温度等因素的影响。
（三）异构烷烃在Pt/ZSM-22催化剂上的吸附和扩散异构烷烃的吸附和扩散过程与正构烷烃类似，但由于其分子结构的差异，其在催化剂上的吸附态和反应路径可能有所不同。
通过对比实验，可以研究异构烷烃的吸附和扩散特性。
（四）烯烃在Pt/ZSM-22催化剂上的吸附和扩散烯烃的吸附和扩散过程受到其双键的影响，可能在催化剂上发生加成、裂解等反应。
