ИСТИНА

В настоящем сообщении будут рассмотрены разработанные авторами варианты применения метода молекулярной динамики для количественных расчетов изотерм адсорбции газов и паров и их смесей на микропористых активных углях в широком интервале температур, меньших и больших критических для адсорбтивов. Методики молекулярно-динамических расчетов (численного эксперимента) были подробно обсуждены на предыдущих симпозиумах. Отметим лишь, что расчеты проводились в ячейках постоянного объема и в ячейках переменного объема, в которых заданное давление поддерживалось с помощью баростата. В расчетах методом молекулярной динамики, применительно к адсорбции в модельной поре был использован атом-атомный потенциал в виде универсального силового поля OPLS-AA. Подробное описание техники расчетов с использованием программ TINKER или NAMD приведено в работах [1-4]. При переходе к температурам выше критических молекулярно-динамические расчеты позволили решить термодинамическую проблему, связанную с нахождением равновесно согласованных стандартных давлений и предельных величин адсорбции для температур выше критических. При температурах выше критических после достижении предельной адсорбции (ms) в ячейке постоянного объема число молекул в газовой фазе резко возрастало с ростом числа добавленных в систему молекул, поскольку поверхностной жидкой фазы не образовывалось. Это позволяло определять значения чисел молекул ns, равновесные с ms. В соответствии с полученными ранее данными [3] зависимости lnns от обратной температуры при температурах выше критических представляли линейное продолжение аналогичных зависимостей при температурах ниже критических при их экстраполяции в закритическую область температур. Этот результат является доказательством возможности использования Р*(Т), как равновесно согласованного стандартного давления при температурах выше критических, поскольку соответствующие зависимости lnPs и lnns, очевидно, аналогичны и различаются только размерностями Ps и ns. Решение этой принципиально важной термодинамической задачи, проверенное на большом числе различных адсорбционных систем, позволило распространить уравнения теории объемного заполнения микропор и решеточной модели на описание изотерм адсорбции газов [3] и осущесвлять количественное сравнение экспериментальных и рассчитанных методом молекулярной динамики изотерм в широкой области изменения температур ниже и выше критической с использованием находимых экстраполяцией стандартных значений Р*(Т) или n*s(T), но и проводить согласованный термодинамический анализ адсорбционных данных при температурах ниже и выше критических в рамках, например, стехиометрической теории адсорбции [1,4]. В докладе подробно анализируются результаты, полученные авторами при расчетах: -Изотерм адсорбции различных адсорбтивов в широком интервале температур ниже и выше критических на микропористых активных углях, количественно совпадающих с изотермами, полученными в физических экспериментах; - Изотерм монослойной адсорбции различных адсорбтивов при температурах выше критических на поверхности графена; -Изотерм полимолекулярной адсорбции на поверхности графена адсорбатов, характеризующихся различными энергиями взаимодействия адсорбат-адсорбат и адсорбат- адсорбент; -Изотерм адсорбции компонентов бинарных смесей газов в микропорах и на поверхности графена. Экспериментальные данные обрабатывались с помощью уравнения Дубинина-Радушкевича и уравнений Тлмачева-Арановича (решеточная модель). На основании полученных данных показана возможность замены физического эксперимента на численный и обсуждены преимущества и проблемы каждого метода. Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 18-33-00333.