改性Y型分子筛吸附脱除油品中氮化物的模拟优化

本论文采用实验的方式对硅铝比（Si O2/Al2O3）为5.3的Na Y分子筛原粉进行了离子改性,得到改性Y型分子筛（Ag Y、Zn Y、Ni Y、Cr Y、Ce Y）,对6种Y型分子筛进行N2吸附-脱附测试,确定吸附脱附曲线均为Ⅰ型,6种Y型分子筛的比表面积、孔容、孔径,大小顺序均为:Cr Y>Ce Y>Zn Y>Ni Y>Na Y>Ag Y。使用Materials Studio软件建立6种Y型分子筛和5种典型氮化物（喹啉、吡咯、吲哚、咔唑、苯胺）的模型,并对建立的模型进行结构优化。对实验改性和计算机模拟改性的Y型分子筛进行了XRD谱图对比,两种方法得到的XRD主要特征峰均一一对应,证明计算机软件建立的改性Y型分子筛模型是可靠合理的。使用Materials Studio软件,采用密度泛函（DFT）理论和巨正则蒙特卡洛（GCMC）方法对6种Y型分子筛吸附脱除5种典型氮化物的过程进行以下模拟计算研究,对各氮化物在改性Y型分子筛上的吸附位点进行了模拟计算,结果表明氮化物在改性Y型分子筛上的吸附位点为超笼的II位置和III位置。对改性Y型分子筛12T团簇模型进行相对亲电性计算,结果得出6种分子筛的亲电性大小顺序为Ce Y>Ag Y>Cr Y>Ni Y>Zn Y>Na Y,推断其吸附活性顺序为Ce Y>Ag Y>Cr Y>Ni Y>Zn Y>Na Y。对5种典型氮化物进行前线轨道分析,结果得出改性Y型分子筛对吡咯、吲哚、苯胺的化学吸附主要为配位络合吸附,对喹啉和咔唑的化学吸附主要为π络合吸附和配位络合吸附共同作用。计算不同吸附构型下改性Y型分子筛的吸附能ΔE及其与吸附探针分子之间的距离,得出同种改性Y型分子筛η5吸附构型的稳定性大于η1N吸附构型,改性Y型分子筛对氮化物的吸附构型主要以η5吸附构型为主。对改性Y型分子筛的12T团簇模型进行电荷布居分析,得出6种改性Y型分子筛上的金属原子的电荷大小为:Ce>Ag>Cr>Ni>Zn>Na,6种改性Y型分子筛的吸附脱氮能力大小顺序为:Ce Y>Ag Y>Cr Y>Ni Y>Zn Y>Na Y。对Ce Y分子筛吸附5种典型氮化物的吸附等温线进行模拟计算,得出5种氮化物在Ce Y分子筛上的吸附饱和容量大小顺序为:咔唑>吡咯>喹啉>苯胺>吲哚。对吸附等温线采用Langmuir吸附模型进行拟合,得出5种吸附等温线的相关系数均大于0.99,表明五种氮化物在Ce Y分子筛上的吸附均为单分子层吸附。以Na Y、Ag Y、Zn Y、Ni Y、Cr Y、Ce Y分子筛为吸附剂,分别对咔唑进行了吸附等温线的模拟计算,结果得出6种改性Y型分子筛的吸附能力大小顺序为:Ce Y>Ag Y>Cr Y>Ni Y>Zn Y>Na Y,推断得出改性Y型分子筛对氮化物的吸附,化学吸附作用大于物理吸附作用。对改性Y型分子筛吸附脱氮的过程进行热力学和动力学分析,得出吸附反应是自发进行的吸热熵增反应,吸附过程符合准二级方程,控制步骤为化学吸附。