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分子模拟视角下室内气态污染物的竞争与协同吸附机理

室内空气净化,多组分吸附,分子模拟,竞争吸附,协同吸附

室内空气品质事关人民福祉。维持良好室内空气品质离不开高效空气净化技术。在处理气态污染物方面，吸附技术是性能可靠且经济型较好的处理手段。室内气态污染物成分复杂，性质彼此差异大，且对室内水蒸气的响应特性不同，既可能产生竞争吸附又可能产生协同吸附，其背后吸附机理仍不明晰。针对此问题，本研究采用Monte Carlo分子模拟结合穿透吸附实验，选取氨气和苯分别作为极性、非极性气体污染物的代表，研究其在不同相对湿度下的吸附行为。国内主流空气净化器中所用的活性炭作为代表吸附剂。结果显示，在室温（25℃）下氨气表现出典型的极性气体吸附性质，分子模拟的微观分析表明氨气倾向于在官能团周围形成分子簇。当存在水蒸气时，由于氨气与水分子之间的强相互作用，氨气在狭缝孔中的吸附构型受到水吸附的影响而发生改变，在宏观上产生协同吸附效应。苯蒸气则表现出典型非极性气体吸附性质，微观上倾向于在高碳原子密度的孔壁上吸附。当水蒸气存在时，苯由于水分子的排挤而减少了可吸附的位点，在宏观上产生竞争吸附效应。协同吸附与竞争吸附的强弱则受污染物浓度与水蒸气湿度的影响。本研究对室内典型湿度下水对污染物吸附的影响进行了深入探讨，为室内空气净化单元的设计与开发提供了理论支撑。