【摘 要】
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分子在孔道中的扩散行为会受到孔结构的显著影响,常规多孔材料结构复杂,给分子孔内扩散行为的研究带来了一定的难度。本文提出,可将粒径均一的单分散SiO_2微球组装成毫米大小的SiO_2颗粒,该颗粒孔径、孔容固定,孔道曲折因子可求,颗粒内部无堵孔和死孔现象,利用其均一的孔道结构研究石油中重要组分——二苯并噻吩(BDT)在其中的扩散行为。具体研究内容与研究方法如下:首先,为探究单分散SiO_2微球的组装条
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分子在孔道中的扩散行为会受到孔结构的显著影响,常规多孔材料结构复杂,给分子孔内扩散行为的研究带来了一定的难度。本文提出,可将粒径均一的单分散SiO2微球组装成毫米大小的SiO2颗粒,该颗粒孔径、孔容固定,孔道曲折因子可求,颗粒内部无堵孔和死孔现象,利用其均一的孔道结构研究石油中重要组分——二苯并噻吩(BDT)在其中的扩散行为。具体研究内容与研究方法如下:首先,为探究单分散SiO2微球的组装条件,在不同溶剂中组装粒径为30 nm,50 nm,194 nm和300 nm的单分散SiO2微球,在正辛醇中得到了空心SiO2胶体晶体微球,在二甲基硅油和蓖麻油中得到实心SiO2胶体晶体微球。上述胶体晶体微球的粒径大小均在微米级别,微球的形貌结构不随单分散SiO2微球悬浮液浓度,悬浮液与溶剂质量比和单分散SiO2微球粒径的改变而改变,但二甲基硅油会堵塞胶体晶体微球的孔道。其次,为得到可用作模型多孔材料的SiO2颗粒,需合成孔道贯通的毫米级实心SiO2颗粒,故,以上步实验为基础,在蓖麻油中组装单分散SiO2微球,得到毫米级SiO2颗粒,具体实验步骤如下:取单分散SiO2微球(粒径分别30 nm、50 nm、90 nm、300 nm)悬浮液注射到装满蓖麻油的试管中,将试管横向插入电动机转头,不停旋转试管,同时用水蒸汽加热试管;一小时后,将试管中液体全部转移至聚四氟乙烯(PTFE)培养皿中进一步移除悬浮液液滴中的水分,形成毫米大小的SiO2颗粒,且该颗粒内部结构规整,孔道均一贯通。再次,以1,3,5-三甲苯和正辛烷和2,6-二甲基吡啶的混合溶液为溶剂,以模型化合物二苯并噻吩做溶质,采用吸附-扩散法,研究二苯并噻吩在SiO2模型多孔材料中的扩散行为及规律,并得到二苯并噻吩的有效孔道扩散系数Dp,本征表面扩散系数Ds*,本征孔道扩散系数Di,以及受限因子F(λ)的准确数值。最后,基于已确定的本征孔道扩散系数Di和本征表面扩散系数Ds*,计算出二苯并噻吩沿SiO2多孔材料表面扩散的分子的量占总分子扩散量的比(RTS)的值,发现随着多孔材料孔径的减小,RTS显著增加。
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