Pore-scale investigation on the multi-component gas adsorption and diffusion in carbon xerogel microporous structure using molecular simulation methods

微型多孔材料 吸附 碳纤维 化学 扩散 热扩散率 解吸 氧气 氮气 热力学 化学工程 物理化学 材料科学 有机化学 复合材料 工程类 物理 复合数
作者
Jia-Peng Dai,Dong Li,Ya‐Ling He,Shen Du,Junning Li
出处
期刊:Microporous and Mesoporous Materials [Elsevier BV]
卷期号:337: 111890-111890 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.micromeso.2022.111890
摘要

The atomic model of carbon xerogel microporous structure is reconstructed by a modified virtual porous carbon (VPC) model. The physical parameters of the reconstructed model, especially the predicted nitrogen adsorption isotherm, agree well with the experimental data. Then, the adsorption and diffusion of the gas in carbon xerogel microporous structure are investigated at the pore-scale. The results show that decreases of isosteric adsorption heat and the excess adsorption in carbon xerogel microporous structure are majorly contributed by the desorption of adsorbates in ultramicropores with the temperature increasing. The microporous structure appears a strong selectivity for oxygen in the air, due to the molecular sieving effect and the strong solid-fluid interaction between the pore wall and oxygen. As the desorption of oxygen in ultramicropores due to its increasing steric repulsion with the temperature rising from 298 K to 573 K, the selectivity of microporous structure for oxygen decreases, and the gap between isosteric adsorption heat for nitrogen and oxygen is narrowed. The systemic migration of gas molecules from the ultramicropores to the wider area is observed by the pore-scale analysis, and it makes the gas diffusivity appear an approximately linear relationship with the temperature. • The carbon xerogel microporous structure is reconstructed at atomic scale. • The properties of the reconstructed model agree well with the experimental data. • The influence of micropore structure on the gas adsorption and diffusion is studied. • Carbon ultramicropores show a steric repulsion to gas molecules at high temperature.
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