利用二维变阱宽方阱链流体分子热力学模型计算吸附等温线

以二维硬碟流体为参考,借助现代分子热力学研究方法建立了一个二维变阱宽方阱链流体的分子热力学模型(SWCF-VR-2D),并将建立的模型用于气体在固体界面吸附的关联计算中,获得了相应吸附质和吸附剂的模型参数。发现模型能满意再现氮气、甲烷、乙烷、乙烯等气体在硅胶、活性炭、沸石、金属有机骨架(MOF)等不同固体界面上的吸附等温线,总的平均绝对偏差为3.42%,其中能量参数ε _w反映了吸附剂与吸附质之间的相互作用大小。     

利用二维流体分子热力学模型计算气体混合物在固体界面的吸附等温线

结合流体混合规则,将之前建立的二维变阱宽方阱链流体分子热力学模型（SWCF-VR-2D）扩展至混合流体,并利用模型计算了甲烷/二氧化碳、甲烷/氮气和甲烷/乙烷等气体混合物在不同吸附剂上的吸附等温线。由于混合气体间的相互作用会使得混合气体的吸附不同于单一气体的吸附,通过调节气体与固体壁面间的相互作用参数ε_w以描述这种变化。调节能量参数后模型能满意计算混合气体的吸附等温线,总的平均偏差为5.06%。     

利用变阱宽方阱链流体状态方程计算1：1电解质溶液热力学性质

将变阱宽方阱链流体状态方程拓展到1：1强电解质水溶液热力学性质的计算中,通过关联溶液的平均离子活度系数和溶剂的渗透系数得到了22种离子的链节直径和方阱能量参数,40余种电解质溶液的平均离子活度系数和溶剂渗透系数的总平均相对偏差分别为6.03%和5.83%。计算结果表明,建立的电解质型状态方程可以满意预测电解质溶液的密度和宽广温度下溶液的蒸气压,总体平均相对偏差分别为0.22%和4.69%。进一步说明模型参数的可靠性。     

二维硬碟链流体的分子热力学

采用三维硬球链流体分子热力学模型构建思路,以单体缔合的统计力学理论为基础,获得了二维硬碟链流体剩余亥氏函数和压缩因子与空穴相关函数的关系。建立的模型已应用于线型硬碟链流体,并探索了模型在不同结构的硬碟链流体中的应用。研究结果显示,建立的模型能满意预测r=5的硬碟链流体的压缩因子,其预测精度优于现有模型。相同链长、相同对比链节密度下,线型硬碟链流体压缩因子最大、支链其次、环状最小,证明所建模型能较好区分结构对性质的影响。     

用变阱宽方阱链流体状态方程模拟离子液体相行为

An equation of state (EOS) for square-well chain fluids with variable range (SWCF-VR) developed based on statistical mechanics for chemical association was employed for the calculations of pressure-volume-temperature (pVT) and phase equilibrium of pure ionic liquids (ILs) and their mixtures. The new molecular parameters for 23 ILs were obtained by fitting their experimental density data over a wide temperature and pressure ranges. The molecular parameters of ILs composed of homologous organic cation and an identical anion such as [Cxmim][NTf2] are good linear with respect to their molecular weight, indicating that the molecular pa-rameters of homologous substances, subsequently pVT and vapor-liquid equilibria vapor-liquid equilibria (VLE) can be predicted using the generalized parameter when no experimental data were available. The new set of parameters were satisfactorily used for calculations of the property of solvent and ILs mixture and the solubility of gas in various ILs at low pressure only using one tem-perature-independent binary interaction parameter.     

变阱宽方阱链流体状态方程模拟制冷剂的汽液平衡

应用作者先前基于二阶微扰理论和PY2近似积分方程建立的可变阱宽方阱链流体状态方程模拟了纯制冷剂及其混合体系的汽液平衡。通过关联不同温度下制冷剂的饱和蒸气压和液体体积得到了18种纯制冷剂的分子参数,新方程计算的饱和蒸气压和液体体积总的平均偏差分别为1.11％和0.92％。结合简单混合规则,将此方程扩展到混合体系。研究发现,建立的方程可满意预测制冷剂二元混合体系除临界区附近外的汽液平衡,对两个三元体系汽液平衡的预测也取得了满意的效果,当引入一个与温度无关的可调参数时,关联精度大为提高,预示着新的方程可模拟制冷剂的汽液平衡。     

借助变阱宽方阱链流体状态方程模拟非电解质体系表面张力和粘度(英文)

The equation of state(EOS)for square-well chain fluid with variable range(SWCF-VR) developed in our previous work based on statistical mechanical theory for chemical association is employed for the correlations of surface tension and viscosity of common fluids and ionic liquids(ILs).A model of surface tension for multi-component mixtures is presented by combining the SWCF-VR EOS and the scaled particle theory and used to produce the surface tension of binary and ternary mixtures.The predicted surface tensions are in excellent agreement with the experimental data with an overall average absolute relative deviation(AAD)of 0.36%.A method for the calculation of dynamic viscosity of common fluids and ILs at high pressure is presented by combining Eyring’s rate theory of viscosity and the SWCF-VR EOS.The calculated viscosities are in good agreement with the experimental data with the overall AAD of 1.44% for 14 fluids in 84 cases.The salient feature is that the molecular parameters used in these models are self-consistent and can be applied to calculate different thermodynamic properties such as pVT,vapor-liquid equilibrium,caloric properties,surface tension,and viscosity.     

市政污泥吸附等温线模型和热力学性质

采用静态重量法测定了市政污泥在30℃、40℃、50℃下的吸附等温线,选用11个常见的数学模型对实验数据进行了拟合并对最佳模型进行了解析,通过净等量吸附热q_st、微分熵ΔS、扩散压力π、净积分焓q_in和净积分熵ΔS_in等指标评价污泥的热力学性质。试验结果表明,在温度恒定时,等温曲线属于Ⅱ型,GAB模型拟合效果最佳,能较好地反映平衡含水量随水分活度的变化。应用Clausius-Clapeyron方程,利用等温线模型计算净等量吸附热和微分熵,随着平衡含水率的增加,净等量吸附热和微分熵明显降低,调和平均温度T_hm与等速温度T_l不等,焓-熵补偿理论成立。在一定的水活度下,扩散压力随温度的升高而减小,在温度恒定的情况下,扩张压力随水分活度增大而升高。净积分焓随平衡含水率的增加而减小,而净积分熵在低平衡含水率时随平衡含水率的增加而减小,在30℃、40℃和50℃时分别达到最小值-75.698J/(K?mol)、-78.987J/(K?mol)和-82.687J/(K?mol),然后呈上升趋势。     

含自缔合流体混合物的分子热力学模型

缔合流体及其混合物的亥氏函数和压缩因子可表示为物理相互作用的贡献和化学缔合作用的贡献两部分之和。前者可采用作者建立的非缔合流体及其混合物的分子热力学模型;作者从分子间相互作用位能函数的粘滞球模型出发,利用统计力学方法确定了混合物中自缔合作用的贡献。模型中分子间的缔合参数完全可由纯物质性质确定,而只在混合物方阱位能参数的计算中引入可调的二元相互作用参数。对于含有一个自缔合组分的二元混合物常压和高压汽液平衡数据的关联结果令人满意。     

固体─超临界流体相平衡的分子热力学模型

从分子热力学基础出发提出一个适用于固体-超临界流体相平衡的理论模型，溶液中溶质的化学位分解为无限稀溶液化学位及溶质浓度效应两部.无限稀溶液化学位由简化的Oz方程计算，其中包括斥力贡献、局部组成及长程引力项浓度对化学位的贡献由作者根据Kirkwood-Buff溶液理论提出的修正Wilson模型计算．用45个二元系862个数据点对此模型进行检验并和PR方程（vdw-2混合规则）计算结果进行比较，本模型的平均绝对误差为11.7％，而PR方程的结果为14.9％，对极性溶剂体系的计算结果有显著改善.用此模型直接推算的萘-Co_2体系萘的偏摩尔焓和文献数据相吻合     

固体─超临界流体相平衡的分子热力学模型

从分子热力学基础出发提出一个适用于固体-超临界流体相平衡的理论模型，溶液中溶质的化学位分解为无限稀溶液化学位及溶质浓度效应两部.无限稀溶液化学位由简化的Oz方程计算，其中包括斥力贡献、局部组成及长程引力项浓度对化学位的贡献由作者根据Kirkwood-Buff溶液理论提出的修正Wilson模型计算．用45个二元系862个数据点对此模型进行检验并和PR方程（vdw-2混合规则）计算结果进行比较，本模型的平均绝对误差为11.7％，而PR方程的结果为14.9％，对极性溶剂体系的计算结果有显著改善.用此模型直接推算的萘-Co_2体系萘的偏摩尔焓和文献数据相吻合     

链状流体的分子热力学模型(IV)高分子系统的液液平衡计算

将作者先前提出的链状流体混合物的分子热力学模型应用于高分子系统液液平衡的计算,对具有最高会溶温度（UCST)和最低会溶温度（LCST）的高分子共混物的液液平衡,采用两个相互作用参数可以取得令人满意的关联结果。对具有LCST的高分子溶液的液液平衡计算,需对高分子链长作适当调整。     

链状流体的分子热力学模型(IV)高分子系统的液液平衡计算

将作者先前提出的链状流体混合物的分子热力学模型应用于高分子系统液液平衡的计算,对具有最高会溶温度（UCST)和最低会溶温度（LCST）的高分子共混物的液液平衡,采用两个相互作用参数可以取得令人满意的关联结果。对具有LCST的高分子溶液的液液平衡计算,需对高分子链长作适当调整。     

链状流体的分子热力学模型(Ⅰ)──纯物质

实际链状流体的分子热力学模型表示为参考流体（硬球链流体）的贡献与一微扰项之和.作者先前建立的硬球链流体的状态方程用于计算参考流体的性质，用Alder等人对方阱流体的计算机模拟结果计算微扰项的贡献，从而建立了实际链状纯流体的分子热力学模型.该模型具有非常简单的形式，用三个与温度无关的分子参数（分子的链数，链节的直径和链节间的方阱位能阱深）可以较好地关联从球形小分子到链状高分子、分子间没有氢键作用的流体的饱和蒸汽压、饱和液体体积和pVT关系     

链状流体的分子热力学模型(Ⅰ)──纯物质

实际链状流体的分子热力学模型表示为参考流体（硬球链流体）的贡献与一微扰项之和.作者先前建立的硬球链流体的状态方程用于计算参考流体的性质,用Alder等人对方阱流体的计算机模拟结果计算微扰项的贡献,从而建立了实际链状纯流体的分子热力学模型.该模型具有非常简单的形式,用三个与温度无关的分子参数（分子的链数,链节的直径和链节间的方阱位能阱深）可以较好地关联从球形小分子到链状高分子、分子间没有氢键作用的流体的饱和蒸汽压、饱和液体体积和pVT关系     

利用正则配分函数计算实际流体的热力学性质及汽液平衡——(Ⅰ)纯流体的热力学性质

通过修改普遍化van der Waals正则配分函数的引力项,发展了一个修正的状态方程式.将表征分子间引力参数α修正为不仅依赖于温度而且与密度有关.用新的状态方程式计算纯气体、饱和蒸汽与饱和液体的压力与逸度系数的结果与实验结果符合较好.     

链状流体的分子热力学模型(Ⅱ)──混合物汽液平衡

实际链状流体混合物的亥氏函数表示为参考流体（硬球链流体混合物）的贡献和由于链节间的方阱位能相互作用的贡献之和．前者直接用作者先前建立的硬球链流体混合物的分子热力学模型计算，不含混合规则；后者采用Alder等人的结果，用vanderWaals单流体理论计算混合物的能量参数.对于不含氢键作用的二元混合物，有一可调相互作用参数，需由实验数据拟合得到．本模型可以满意地关联小分子混合物和高分子溶液的汽液平衡。     

链状流体的分子热力学模型(Ⅱ)──混合物汽液平衡

实际链状流体混合物的亥氏函数表示为参考流体（硬球链流体混合物）的贡献和由于链节间的方阱位能相互作用的贡献之和．前者直接用作者先前建立的硬球链流体混合物的分子热力学模型计算,不含混合规则;后者采用Alder等人的结果,用vanderWaals单流体理论计算混合物的能量参数.对于不含氢键作用的二元混合物,有一可调相互作用参数,需由实验数据拟合得到．本模型可以满意地关联小分子混合物和高分子溶液的汽液平衡。     

分子热力学理论模型—氩模型与液体粘度的理论计算

应用张克武气体氩模型理论微分方程,导出液体粘度理论方程和“正烷烃沸点下的粘度值相同”的定理。本法以40种不同构型258种无机、有机、强缔合性的醇、酸、二醇及非极性纯质1528个实验数据检验,平均误差1．85％。其精度比著名的Van Velxen et al．法高倍以上达到实验允许误差范围内。解决了近百年来在无法精确计算的液体粘度这个技术科学上的关键难题。有重大理论意义和重要应用价值。     

受限界面处流体分子行为的调控及相关分子热力学模型初探：基于高比表面氧化钛的研究进展

纳米受限界面处的流体由于受到界面性质的影响显著,且存在复杂的传递和反应机制耦合问题,其流体分子行为难以调控,成为了现代化工新技术（如膜过程、多相催化）突破的瓶颈。结合了近几年本课题组的相关工作进展,以化学性质稳定的高比表面氧化钛作为研究平台,对界面处流体分子受限行为进行分析,研究了传递和反应机制分别对界面处流体行为的影响,并探索其调控机制;同时对建立的相应分子热力学模型进行了初步探索,通过原子力显微镜技术将界面摩擦性质和分子间相互作用关联,为分子热力学模型提供分子参数。