MCM-22分子筛中1-丁烯与正丁烷扩散行为的分子动力学模拟

本文主要探讨了分子动力学模拟在研究1-丁烯和正丁烷在MCM-22型分子筛（ITQ-1）中的扩散行为中的应用。MCM-22是一种特殊的分子筛，其结构特征包括一个二维正弦波网形的十元环孔道（0.41nm×0.51nm）和另一个由十元环构成的孔道（0.40nm×0.55nm）。研究者利用分子动力学方法分析了这两种烃类在ITQ-1分子筛内的扩散特性。 在400K的温度下，研究发现1-丁烯和正丁烷在ITQ-1的十元环孔道中的扩散速度显著低于它们在超笼（即分子筛内部的大空间）中的扩散。这表明，这两种分子在特定的微观环境中扩散行为存在差异。具体来说，吸附质在超笼的边缘区域（如底部和顶部）的扩散效率较中心区域低，这可能与孔道尺寸和形状的影响有关。 在超笼内部，1-丁烯和正丁烷的扩散速率相对接近，显示出相似的扩散行为。然而，在十元环孔道中，扩散速率的差距较大，这提示我们这个微环境可能是实现选择性催化反应的关键区域。由于异丁烯是叔丁醚（MTBE）和乙基叔丁基醚（ETBE）生产过程中的重要中间产物，而1-丁烯和正丁烷的骨架异构和脱氢异构可以转化为异丁烯，因此ITQ-1分子筛的这种选择性扩散性能对于优化这些工业过程具有潜在的应用价值。 作者通过分子动力学模拟揭示了分子在不同孔道中的扩散模式和速率，这对于理解分子在复杂孔道系统中的行为以及设计更高效的催化剂具有重要的理论基础。此外，研究还获得了两种分子的均方位移曲线和扩散轨迹，这些都是评估材料微观结构与分子相互作用的重要数据。这项工作不仅有助于提升我们对MCM-22分子筛结构功能的理解，也为提高石油化工过程中的异丁烯产量提供了新的研究视角和技术路线。 该研究得到了国家自然科学基金、黑龙江省自然科学基金、黑龙江大学杰出青年基金和青年科学基金的支持，作者张红星博士作为主要负责人，他的研究方向主要是量子化学，这为本文的研究提供了深厚的理论背景和实验支持。