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炭膜具有较好的气体分离选择性,在气体的提纯、分离方面具有广泛的应用前景。近年来,随着各种膜制备技术的日益完善,炭膜得到了快速的发展和应用。但炭膜的研究大多处于实验室阶段,离工业应用还有一定距离,除了受膜材料及制备因素的制约外,气体分离机理的理论研究不完善也是一个重要的原因。尽管已建立了许多膜模型,膜的传递、分离机理得到了研究,但由于炭膜的特殊性,膜孔结构不同于有机膜及其它无极膜,目前大多数研究都不完善。因此,研究气体在炭膜上的渗透和扩散机理,对膜的制备及应用均有重要的理论指导价值。 本文采用双控容积巨正则分子动力学（DCV-GCMD）方法,建立单孔狭缝模型,首先通过体系初始化,保证体系的总能量及温度的恒定,消除温度、能量对气体分子运动的影响,经模拟表明在3000时间步后体系的能量及温度趋于稳定。随后模拟了CO2、CH4、N2和H2单组分气体通过炭膜的传递性质,考察了不同膜孔模型区域及气体分子传递方向上分子密度的变化及其分布,同时也研究了膜的孔径、体系温度、压力的变化对炭膜气体通量的影响,结果发现膜阻力主要集中在膜入口处,对单组分气体孔径主要影响膜对气体吸附性,温度对气体的扩散性及吸附性均有影响,压力增大,气体分子的密度增大,运动速度也加快。最后以CO2和CH4二元混合气体组分为代表,对L-J势函数参数进行了优化选择,解决了前人忽略低压侧气体压力影响的问题,随后研究了气体各组分通量随膜孔径,体系温度、跨膜压差及气体组成的变化,结果表明,不同孔径下混合气体的组分的膜分离机理不同,相对于难吸附组分,温度对易吸附气体的吸附性更明显。 本课题是在前人的基础上,用非平衡分子动力学对炭膜气体的传递、分离性能进行了研究,弥补了以前模拟方法的不足。经验正,该模拟方法能够很好的反映膜的传递、分离特性,这对炭膜的进一步研究有重要的指导作用。