二维流体的分子热力学

Two-dimensional fluid refers to that the fluid locates in the gas-liquid interface, liquid-liquid interface or the surface of solid, which is restricted to move in a two dimensional space and possesses totally different properties with bulk face. Loads of processes in chemical engineering involve the research of such fluid. It needs proper thermodynamic model to achieve data association and theoretical prediction for the purpose of the detection of mechanism in fluid, the reproduction of experimental phenomenon and theoretical foundation of practical application. It is scientifically meaningful and practically valuable in understanding the interfacial phenomenon, absorption behavior in the surface, multiphase transfer process, etc. In this project, we concentrate on two-dimensional fluid and apply modern molecular thermodynamic methods to establish molecular thermodynamic model (Helmholtz function model) of square-well chain fluid with variable range. On the basis of these researches, the simulated model will be tested comprehensively in the interfacial tension of fluids, adsorbing capacity, the ingredients of interface, π-S curve and so on. The combination of experiment and theory leads to the qualitative and quantitative rules between the structure and the property of fluid and model parameter. In a word, thermodynamic model will contribute to the interface property research, material design and the simulation and optimization in adsorption process.

二维流体是指气液界面、液液界面和受限于固体表面处的流体，它被限定于二维空间内运动，具有与体相完全不同的性质。化工中的许多过程均涉及到二维流体性质的研究，需要有合适的热力学模型进行数据关联以及理论预测，这不仅可洞察流体的作用机制、再现实验现象以及为实际应用提供理论支撑模型，而且对理解界面现象、表面吸附行为、多相传递过程等均具有重要的科学意义和实际参考价值。本项目将针对受限于二维空间运动的流体，采用现代分子热力学研究方法构建适用于描述二维流体性质的变阱宽方阱链流体的分子热力学模型（亥氏函数模型）。在此基础上，全面测试构建的模型在流体界面张力、吸附量、界面组成、π-S曲线等方面的应用效果。通过实验与理论的结合，建立流体结构、性质与模型参数的定性定量规律，以期发挥分子热力学模型在界面性质研究、材料设计、吸附操作过程模拟与优化中的重要作用。

二维流体是指气液界面、液液界面和受限于固体表面处的流体，它被限定于二维空间内运动，具有与体相完全不同的性质。为理论研究化工过程中二维流体的性质，构建了二维流体的分子热力学模型。建立的模型能满意预测硬碟链流体的压缩因子，且能较好区分结构对性质的影响。模型已被成功应用于关联实际气体在不同固体界面的吸附等温线。另一方面，将拉普拉斯方程与方阱链流体状态方程结合建立了能模拟毛细管中流体热力学性质的模型，模型能满意再现典型流体在受限空间中的毛细管效应。另一方面，实验获得了典型系统的π-A曲线，着重考察了多孔材料界面改性（包括采用负载冠醚离子液体、接枝氨基咪唑离子液体、接枝冠醚基团、接枝氨基和磺酸根等）对其吸附分离性能的影响，力图通过界面功能基团的修饰探讨界面与吸附的二维流体间特殊的相互作用，并从理论和实验两方面探究了功能界面吸附的内在机制。研究工作所取得的研究成果对于理解界面现象、表面吸附行为、多相传递过程等均具有重要的科学意义和实际参考价值。目前已在国内外学术刊物上发表研究论文9篇(其中国际期刊4篇，国内核心期刊5篇)；在国内外学术会议上交流论文9篇。参加本项目研究工作的研究生中有3人获博士学位，4人获硕士学位。