微孔炭材料吸附过程的Monte Carlo模拟

微孔炭材料有着与分子尺度相近的微孔和良好的吸附能力，从而成为当今研究的热点。由于吸附实验只能对吸附现象进行宏观上的测量和分析，无法对吸附的微观过程进行描述，本文利用巨正则系综Monte Carlo方法对活性炭和碳纳米管的吸附过程进行了模拟，为了解吸附的微观过程和活性炭以及碳纳米管的吸附机理提供信息，同时为炭吸附剂的开发提供思路和指导。 本文首先介绍了国内外关于活性炭和碳纳米管吸附的研究现状，同时介绍了本文的研究内容和方法。 其次利用巨正则系综Monte Carlo方法模拟了活性炭的吸附过程。模拟中，活性炭孔采用狭缝孔模型，流体分子之间的相互作用采用Lennard-Jones(LJ)势能模型，流体分子与狭缝炭孔墙之间的相互作用采用10-4-3势能模型。模拟了甲烷在狭缝孔中的吸附，并将模拟结果与已有结果进行比较，从而确定本文的模拟方法及自行编制的程序可行。在此基础上，模拟了狭缝孔的吸附量随压强、温度和孔径变化的结果。进一步模拟了氙气在狭缝孔中的吸附，得到了不同孔径狭缝孔的吸附等温线，确定了一定条件下狭缝孔吸附氙气的最佳孔径，并分析了形成最佳孔径的原因。 然后模拟了碳纳米管的吸附过程。模拟中，流体分子之间的相互作用采用Lennard-Jones(LJ)势能模型，流体分子与碳纳米管之间的相互作用采用文献中的势能模型。得到了不同直径的碳纳米管对甲烷的吸附势能，并得到了甲烷和氙气在碳纳米管中的吸附等温线。 本文在模拟过程中，为了方便计算，对模拟中的物理量进行了无量纲化处理；对模拟盒子的边界采用了周期性边界条件；对模拟中的三种随机过程采用等几率处理。最后，对全文进行了总结并对进一步的研究工作提出了建议。