Adsorption of Toluene and Water over Cationic-Exchanged Y Zeolites: A DFT Exploration

甲苯 吸附 化学 阳离子聚合 沸石 部分 密度泛函理论 无机化学 物理化学 计算化学 有机化学 催化作用
作者
Etienne Paul Hessou,Lucie Affoué Bede,Hicham Jabraoui,Abderrahmane Semmeq,Michaël Badawi,Valentin Valtchev
出处
期刊:Molecules [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:26 (18): 5486-5486 被引量:13
标识
DOI:10.3390/molecules26185486
摘要

In this study, density functional theory (DFT) calculations have been performed to investigate the adsorption mechanisms of toluene and water onto various cationic forms of Y zeolite (LiY, NaY, KY, CsY, CuY and AgY). Our computational investigation revealed that toluene is mainly adsorbed via π–interactions on alkalis exchanged Y zeolites, where the adsorbed toluene moiety interacts with a single cation for all cases with the exception of CsY, where two cations can simultaneously contribute to the adsorption of the toluene, hence leading to the highest interaction observed among the series. Furthermore, we find that the interaction energies of toluene increase while moving down in the alkaline series where interaction energies are 87.8, 105.5, 97.8, and 114.4 kJ/mol for LiY, NaY, KY and CsY, respectively. For zeolites based on transition metals (CuY and AgY), our calculations reveal a different adsorption mode where only one cation interacts with toluene through two carbon atoms of the aromatic ring with interaction energies of 147.0 and 131.5 kJ/mol for CuY and AgY, respectively. More importantly, we show that water presents no inhibitory effect on the adsorption of toluene, where interaction energies of this latter were 10 kJ/mol (LiY) to 47 kJ/mol (CsY) higher than those of water. Our results point out that LiY would be less efficient for the toluene/water separation while CuY, AgY and CsY would be the ideal candidates for this application.

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