Fischer-Tropsch合成 (FTS) 廣泛用于氣轉(zhuǎn)液 (GTL) 工藝，以從合成氣生產(chǎn)清潔、高質(zhì)量的低排放運輸燃料。為了通過考慮親水性或疏水性特征和催化劑納米顆粒 (NPs) 的限制效應(yīng)，更好地了解反應(yīng)條件下生成的蠟水混合物的相行為，需要仔細檢查加入粗顆粒的有效性。本研究的重點是通過原子 (AA) 和粗粒 (CG) 分子動力學(xué) (MD; CGMD) 模擬石墨烯 (G) 和氧化石墨烯 (GO) 中的正二十八烷 (n-C28)-水混合物中孔在低溫FTS條件 (473.15 K) 下包含Co NP。選擇石墨烯衍生物是因為它們是FTS反應(yīng)中新興的催化劑載體材料，可以直接比較AA和CG方法。我們還評估了在n-C28-H2O混合物相行為中是否存在7 wt.％的長鏈醇，例如dodecan-1-ol。AA模擬涉及對n-C28和醇類使用聯(lián)合原子TraPPE (TraPPE-UA) 力場，對水使用 TIP4P/2005 力場，而MARTINI力場用于CG描述。對于G孔內(nèi)部的混合物，AA和CG模擬方法都捕獲了混合物的相分離，水分子占據(jù)了孔的中心，n-C28形成層位于孔壁；在GO內(nèi)部，兩種方法都表明水在表面附近分離，模型蠟位于孔隙中心。AA和CG模擬都準確地捕獲了n-C28和H2O擴散率分別作為距G和GO孔中心距離的函數(shù)，越靠近孔表面越低。Dodecan-1-ol主要位于n-C28-H2O界面，由于范德華分子間相互作用增加，對蠟有更高的偏好，略微降低了水的流動性。AA和CG MD模擬之間的一致性為使用Co的DFT派生參數(shù)進行新型CGMD模擬鋪平了道路，以研究其存在時的n-C28-H2O行為。我們的結(jié)果表明Co NP不影響孔內(nèi)n-C28-H2O混合物的相分離；然而，如此高濃度的水廣泛地覆蓋了Co NP表面。鑒于在此規(guī)模上探索相關(guān)機制的實驗困難，我們的結(jié)果表明，使用MARTINI力場的CGMD可用于研究此級別的FTS相關(guān)過程，并有望在與相關(guān)的受限混合物的研究中開辟新途徑。在負載型催化劑NP存在下的FTS反應(yīng)。
Figure 1. 分別使用AA（a,c）和CG（b,d）方法，G（灰色）和GO（青色）孔中n-C
28-H
2O混合物的初始（i）和平衡結(jié)構(gòu)（ii）。
Figure 2. 使用 (a) AA 和 (b) CG 描述的bulk n-C28-H2O 混合物的質(zhì)量密度分布。使用 (c) AA 和 (d) CG 模擬添加十二醇的bulk n-C28-H2O 混合物的部分密度分布。
Figure 3. 在473 K和3.4 MPa下，純bulk n-C28、n-C28-H2O和nC28-H2O-C12H25OH體相混合物中，(a,b) Ree的AA和CG n-C28概率分布，以及（c,d）端到端和z軸矢量之間形成的傾斜角θ
Figure 4. G和GO孔中，(a和b) Ree的AA和CG n-C28概率分布，以及(c和d)端到端和孔表面法向量之間形成的傾斜角θ。bulk n-C28-H2O混合物的結(jié)果以供比較。
相關(guān)研究成果于2021年由卡塔爾德克薩斯農(nóng)工大學(xué)Ioannis G. Economou課題組，發(fā)表在Energy Fuels（https://dx.doi.org/10.1021/acs.energyfuels.0c04151）上。原文：Molecular Dynamics Simulation of the n?Octacosane−Water Mixture Confined in Graphene Mesopores: Comparison of Atomistic and Coarse-Grained Calculations and the Effect of Catalyst Nanoparticle。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號
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