【摘 要】
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超临界流体(Supercritical Fluids，SCFs)、离子液体(Ionic Liquids，ILs)、二氧化碳膨胀液体(CO2 expanded liquid，CXLs)、水等，是绿色化学中常用溶剂。上述绿色溶剂的热力学性质研究是分离、反应等工作得以展开的基础。本文以CXLs和SCFs物理吸附为背景，用分子模拟方法研究溶质、溶剂的平衡和输运性质。首先，用分子动力学(Molecular
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超临界流体(Supercritical Fluids，SCFs)、离子液体(Ionic Liquids，ILs)、二氧化碳膨胀液体(CO2 expanded liquid，CXLs)、水等，是绿色化学中常用溶剂。上述绿色溶剂的热力学性质研究是分离、反应等工作得以展开的基础。本文以CXLs和SCFs物理吸附为背景，用分子模拟方法研究溶质、溶剂的平衡和输运性质。
首先，用分子动力学(Molecular Dynamic，MD)模拟考察了对氯硝基苯与CO2膨胀甲醇、苯乙腈与COe膨胀乙醇体系的密度、膨胀度、扩散系数和粘度。模拟结果表明，随着有机溶液中CO2含量的增加，溶液膨胀显著，溶质、CO2、甲酵和乙醇的扩散系数增大，溶液的粘度下降。此外，用MD方法模拟研究CO2/[bmimi][PF6]、CO2/[bmim][NO3]体系的热力学性质。模拟表明，CO2对ILs膨胀度的影响非常小。CO2/ILs的扩散系数远小于CO2膨胀甲醇、乙醇溶液的扩散系数。随着CO2含量的增加，ILS的扩散系数提高，粘度显著下降。CO2能有效地改善ILs扩散性差，粘度高的缺点。
其次，以石墨狭缝作为受限空间模型，用简化局部密度(Simplified Local Density,SLD)理论、巨正则蒙特卡罗(Grand Canonical MIonte Carol，GCMC)模拟和MD模拟三种方法，分析了SCFs在石墨狭缝中的吸附等温线、密度以及扩散系数。压力很高时，SLD理论在关联SCFs在活性炭上的吸附等温线误差较大。本文通过对吸附相体积修正，关联了较宽压力范围的等温吸附线。用Lennard-Jones 12-6势能公式代替lO-4势能模型，关联SCFs在硅胶上的吸附等温线，扩展了SLD的应用范围。
然后，用GCMC方法模拟CO2在石墨狭缝中的吸附等温线。低压下CO2在与其直径相当的狭缝内吸附量最大。压力较高时，CO2的绝对吸附量随狭缝宽度增加而线性增加。CO2的吸附等压线表明，随着温度的增加，压力较低时，CO2在较窄狭缝内吸附量下降显著。压力较高时，CO2在较宽狭缝内吸附量下降显著。根据CO2在狭缝内的密度和角度分布，分析了CO2在石墨狭缝中的吸附层变化，并发现CO2分子与石墨壁面平行有利于吸附地进行。模拟CO2/甲苯在石墨狭缝的吸附表明，压力增加甲苯的分配系数下降显著。通过对两种活性炭的尺寸分布关联，预测了CO2在活性炭上的吸附等温线。
最后，用MD方法模拟研究CO2、CO2/甲苯在石墨狭缝中吸附的输运性质。径向分布函数表明，CO2在狭缝中具有典型的液体特性。CO2在受限空间的扩散系数远小于一般状态下的扩散系数。CO2/甲苯体系的扩散系数模拟表明，在垂直石墨层方向，甲苯的扩散系数小于CO2的扩散系数，说明石墨与甲苯的作用比石墨与CO2的作用强烈。
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