ИСТИНА

В развитие предложенного ранее метода [1,2] в настоящем сообщении рассмотрены разработанные авторами варианты применения метода молекулярной динамики для количественных расчетов изотерм адсорбции компонентов смесей газов на микропористых активных углях и графеновых поверхностях в широком интервале температур и показана возможность их количественного описания уравнениями Толмачева-Арановича, полученными в рамках решеточной модели. В ячейку (12х12х12нм.) с подвижными стенками и периодическими граничными условиями помещалась щелевидная микропора, ограниченная квадратными пластинами графена размером 5×5 нм. В этом случае адсорбция осуществлялась как внутри пор, так и на их внешних поверхностях. Затем, в ячейку добавлялось 10000 молекул адсорбтива и проводился расчёт молекулярно-динамических траекторий с использованием универсального силового поля OPLS-AA. Постоянная температура поддерживалась за счёт коллизионного термостата, а давление поддерживалось с помощью баростата. В этом случае в результате усреднения получали равновесные значения в числах молекул m(P) для адсорбции в микропоре и на внешних графеновых поверхностях и соответствующие давления. Применительно к адсорбции бинарных смесей газов при условии полного насыщения адсорбционной фазы суммой адсорбатов уравнения для абсолютной монослойной адсорбции компонентов на графеновых поверхностях и при двухслойной адсорбции в микропорах имеют вид (1,2): lnY1(1-X1)/X1(1–Y1)) – B + Δ/kT(AY1 – 12X1) = 0 (1) Y1 =а/Na1m (2) Где: А=6, N=1 и А=9, N =2 для адсорбции на макро- и микропористых адсорбентах, X, Y - мольные доли компонентов в адсорбционной фазе и в растворе, a_1m-емкость монослоя, B, Δ/kT – энергетические константы: , , , , -энергии взаимодействия адсорбат – адсорбент и адсорбат-адсорбат. Различия в энергиях взаимодействия адсорбат – адсорбат в объемной и адсорбционной фазах незначительны и не учитываются в уравнении (1) [3]. На рисунке 1а,б в качестве примера приведены рассчитанные изотермы компонентов смесе на графеновых поверхностях (этан-этилен) и микропорах (метан-ксенон) при 313К и результаты их описания уравнениями (1,2). Видно, что уравнения решеточной модели количественно описывают изотермы адсорбции в микропорах и на графеновых поверхностях, а параметры уравнений, приведенные в таблице, удовлетворительно согласуются. Таблица. Параметры уравнений решеточной модели для адсорбции при 313К компонентов смесей: этана и этилена, метана и ксенона в микропорах и на графеновых поверхностях. Пара- метры Этан пора Этан пов. Этилен пора Этилен пов. Метан пора Метан пов. Ксенон пора Ксенон пов. a0 5.60 5.29 6.12 5.70 8.38 7.87 7.76 7.18 Δ/kT 1.49 1.48 1.96 1.98 1.67 1.66 1.20 1.15 B 2.67 2.66 2.15 2.11 1.91 1.95 1.91 1.95 Интересно отметить, что отсутствие второй поверхности при адсорбции на графеновых поверхностях приводит к небольшому уменьшению плотности упаковки молекул и, как следствие этого, к тому, что изотермы адсорбции на графеновых поверхностях идут ниже соответствующих изотерм в микропорах. При этом параметры уравнений, характеризующие различие энергий взаимодействия адсорбатов друг с другом и с адсорбентом, практически не различаются. Литература. 1. Толмачев А.М., Анучин К.М., Крюченкова Н.Г., Фомкин А.А. // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2011. Т. 47. № 5. С. 451. 2. Толмачев А.М., Анучин К.М., Бибин А.В., Крюченкова Н.Г., Фомкин А.А. // Коллоидный журнал. 2012. Т. 74. №6. С. 769. 3. Толмачев А.М.//Адсорбция газов,паров и растворов. Из-во Граница. 2012.