Theoretical insights into He/CH4 separation by MXene nanopore

渗透 纳米孔 气体分离 努森数 分子动力学 化学物理 扩散 工作(物理) 材料科学 努森扩散 纳米技术 化学 热力学 渗透 计算化学 物理 有机化学 生物化学
作者
Zenan Shi,Shouwei Liao,Yanying Wei,Libo Li
出处
期刊:Chemical Engineering Science [Elsevier BV]
卷期号:287: 119781-119781 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.ces.2024.119781
摘要

Natural gas is currently the main industrial source of helium, thus He/CH4 separation has become increasing important. Nanopores based on two-dimensional materials have been considered as very promising for He/CH4 separation, but the transport mechanism through them is yet unclear. Here, both non-equilibrium molecular dynamics (NEMD) and equilibrium MD (EMD) were employed to study the transport of He/CH4 through nanopores of different MXenes with various pore diameters (d), pore density and functional groups, which showed two main transport mechanisms, molecular sieving and Knudsen diffusion. Small d was found to be crucial for the molecular sieving and consequently, high He/CH4 selectivity (SHe/CH4). The density profiles of gas molecules in EMD simulations were used to predict SHe/CH4 and the permeance for gas passing through different nanopores, yielding results well agreeing with NEMD simulations. This work provides theoretical insights for gas transport through MXene nanopore and may help designing nanopores in the future.
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