漏斗型碳纳米通道高效分离H2/CO2特性研究

范晶; 张云志; 周金鑫; 马龙; 潘宇廷; 宋粉红

西安交通大学学报 ›› 2025, Vol. 59 ›› Issue (12) : 194 -202.

漏斗型碳纳米通道高效分离H₂/CO₂特性研究

范晶, 张云志, 周金鑫, 马龙, 潘宇廷, 宋粉红

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摘要

针对传统碳纳米管（CNT）因强空间约束导致CO₂渗透受限，而碳纳米锥（CNC）虽扩展了传输空间但选择性不足的问题，创新设计了CNT与CNC复合的漏斗型纳米通道。采用分子动力学模拟系统揭示了漏斗型纳米通道对H₂/CO₂混合气体的分离机制；通过对比渗透分子数和选择性，选取渗透性能优异的漏斗型纳米通道；采用浓度分布和轨迹分析等方法，探究了纳米通道内的气体渗透机理。研究结果表明：几何约束与分子动力学竞争共同决定了分离性能；锥角的减小增强了CO₂的筛分效应，当锥角为19.5°时，CO₂渗透量增加，H₂空间位阻效应增强，使得H₂/CO₂混合气体分离比达到40;CNC段的富集吸附位点可增强CO₂的捕获能力，并结合浓度梯度完成高效表面扩散，CNT段则通过有序孔道优化动态轨迹，形成先吸附后扩散的定向传输路径，H₂因弱吸附和直接传输受阻，在空间中呈现弥散分布状态。该研究可为进一步开发用于气体分离的新型纳米通道提供理论参考。