P型分子筛酸性及吸附性能的理论计算研究

柴油机排放的多种碳氢化合物对环境产生了严重的污染,随着环保法规的不断完善和环保要求的不断提高,如何有效地控制柴油车尾气排放物已成为研究的焦点问题之一。利用分子筛对其进行吸附,随后进行二次燃烧被认为是现如今最为有效的防治措施。本文利用Materials Studio模拟软件对P型分子筛及其金属掺杂模型进行模拟研究,获得其落位情况,并利用Li+、Na+、K+、Rb+、Cs+等金属离子对其进行改性模拟研究,考察分子筛酸性强弱的变化规律,最后对其吸附不同碳氢化合物分子进行模拟,探究P型分子筛对于碳氢化合物的吸附性能的控制因素。研究结果如下:（1）建立P型分子筛的4T模型,利用不同的金属原子对不同位置上的Si原子进行取代,得到不同T位的取代能及相对取代能。结果表明Al、Fe和Ni三种金属原子掺杂时会优先取代T4位置的Si,随后进行T3位置的取代。并利用键长和键角数据证实了该结果的正确性。（2）P型分子筛的Lewis酸性与所选取的分析方法和所建立的模型没有直接关联,分子筛与探针分子之间存在强烈的吸附作用。利用碱性探针分子吸附和Fukui函数计算得到相同的分子筛酸性强弱顺序为:Li-P>Na-P>K-P>Rb-P>Cs-P。（3）P型分子筛的吸附量与分子筛中金属掺杂量有关,同时受温度、压力、分子极性、分子尺寸等外部因素的影响。相比于压力,温度对P型分子筛吸附产生更大的影响。在P型分子筛吸附过程中,分子极性比分子尺寸占据更为主导的地位。P型分子筛掺杂Al有利于提高其吸附性能,而掺杂Fe和Ni导致P型分子筛的吸附性能降低。（4）P型分子筛吸附时,吸附粒子云分布图表明吸附质分子主要吸附于P型分子筛复合结构单元的笼中。并且在乙烯分子和丙烯分子双组份吸附时,会产生剧烈的竞争吸附行为,初始吸附的丙烯分子会减少乙烯分子的后续吸附。（5）对P型分子筛进行金属改性可提高P型分子筛吸附时的热稳定性,使其在高温时具有良好的吸附性能。但是由于改性离子大小的限制和改性后分子筛空间结构的变化,Li+改性的P型分子筛对碳氢化合物吸附性能良好。