Gas separation in microporous materials: A computational study of the influence of structural features on the selectivity
Gas separation in microporous materials: A computational study of the influence of structural features on the selectivity
批准号:
214172356
负责人:
Dr. Michael Fischer
金额:
$0.0万
依托单位国家:
德国
项目类别:
Research Fellowships
财政年份:
2011
资助国家:
德国
项目状态:
已结题
起止时间:
2010-12-31 至 2013-12-31
中文摘要
在这个项目中,计算化学技术被用来评估不同微孔材料(沸石、金属有机框架、纳米多孔分子晶体)在吸附气体分离中的应用潜力。特别强调的是对特定相互作用位点的作用的详细分析,如框架外阳离子、配位不饱和金属位点或官能团,以及对微孔的限制。调查涉及与工业过程相关的不同气体混合物,例如从烟道气或天然气中去除二氧化碳,或从烷烃/烯烃混合物中分离。该项目采用分层方法:首先,使用经验相互作用参数对各种候选材料进行了大规范蒙特卡罗(GCMC)模拟,从而对吸附选择性进行了初步估计。然后对筛选中确定的最有趣的系统进行更彻底的GCMC分离特性研究。详细分析了所观察到的分离行为与材料的结构特性(特定相互作用位点、孔径、孔拓扑)之间的关系。在下面,量子化学计算是为了更好地理解特定位点和吸附分子之间的相互作用。分子动力学计算分析了这些位点对客体分子扩散的影响。在项目的最后部分,预测了假想沸石的吸附性能。由于其结构的通用性,这些系统特别适合于对孔隙拓扑结构影响的系统研究。
英文摘要
In this project, computational chemistry techniques are employed to evaluate the potential of different microporous materials (zeolites, metal-organic frameworks, nanoporous molecular crystals) for adsorption-based gas separation applications. A particular emphasis is put on a detailed analysis of the role of specific interaction sites, such as extra-framework cations, coordinatively unsaturated metal sites, or functional groups, in conjunction with confinement to micropores. The investigation addresses different gas mixtures that are of relevance for industrial processes, for example in the removal of carbon dioxide from flue gases or from natural gas, or in the separation of alkane/alkene mixtures.The project follows a hierarchical approach: Firstly, grand-canonical Monte Carlo (GCMC) simulations using empirical interaction parameters are carried out for a wide variety of candidate materials, permitting an initial estimation of the adsorption selectivity. A more thorough GCMC study of the separation properties is then carried out for the most interesting systems that were identified in this screening. The relationships between the observed separation behaviour and the structural properties of the material (specific interaction sites, pore size, pore topology) are analyzed in detail. In the following, quantum-chemical calculations are carried out to develop a better understanding of the interactions between specific sites and adsorbed molecules. Molecular dynamics calculations are performed to analyze the impact of these sites on the diffusion of guest molecules. In the final part of the project, the adsorption properties of hypothetical zeolites are predicted. Due to their structural versatility, these systems are particularly well suited for a systematic study of the influence of the pore topology.
期刊论文(2)
专著(0)
科研奖励(0)
会议论文
DOI:
10.1039/c3ce42209g
发表时间:
2014-01-01
期刊:
CRYSTENGCOMM
影响因子:
3.1
作者:
[Fischer, Michael, Bell, Robert G.]
通讯作者:
Bell, Robert G.
Beyond tetrahedral coordination in zeolite-type materials - A computational approach
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批准号:389577027
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项目类别:Research Grants
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资助金额:$0.0万
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财政年份:2017
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负责人:Dr. Michael Fischer
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依托单位:
Comparative, modelling-based investigations of pharmaceutical adsorption in zeolites
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批准号:455871835
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项目类别:Heisenberg Grants
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资助金额:$0.0万
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财政年份:--
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负责人:Dr. Michael Fischer
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依托单位:
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批准号:492604837
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项目类别:Research Grants
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资助金额:$0.0万
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财政年份:--
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负责人:Dr. Michael Fischer
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依托单位:
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批准号:537918374
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项目类别:Research Grants
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资助金额:$0.0万
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财政年份:--
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负责人:Dr. Michael Fischer
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依托单位:
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