設計大賽中有些隊伍會遇到從乙烯中脫除二氧化碳的過程，方法多種多樣，鹼洗、醇胺吸收、膜分離、亦或者是變壓吸附。變壓吸附則需要用的分子篩等吸附劑，分子篩吸附的溫度和壓力則對分子篩的吸附能力有著很大的影響。對於某一種確定結構的分子篩，其對某一種氣體的吸附或多種氣體的競爭吸附可以透過分子模擬進行研究。這篇推送就作為一個模擬分子篩吸附二氧化碳的範例，由於本人新手上路，所以翻車也是大機率的，多多包涵。

軟體使用Materials Studio（以下簡稱MS），由於僅僅是一個範例，就使用MS自帶的分子篩結構案例，因此吸附效果就比較看運氣了。主要用到MS的Forcite和Sorption模組。

分子篩的結構已經有了，下面還需要構建二氧化碳的結構，在MS中繪製出CO2的分子，此時的分子並不是穩定構型，由於二氧化碳是直線型結構，因此主要的就是鍵長的最佳化，Forcite模組運用分子動力學的方法對分子進行幾何最佳化。我們需要用到的就是最佳化後的CO2結構。

最佳化前

最佳化後

接下來就是使用Sorption模組，該模組使用Monte Carlo方法。首先構建2×2×1的超晶胞，然後進行Calculation的設定，需要分別計算不同溫度下的吸附等溫線（253K~353K）、Henry常數，計算時分別選擇Adsorption isotherm和Henry constant即可，選擇最佳化後的CO2構型，CO2分壓（注意是指分壓）考察0~100kPa範圍。選擇COMPASS力場，靜電相互作用則採用Ewald 加和法，範德華相互作用採用Atom based加和法。

2×2×1的超晶胞

計算6個溫度下的6組資料後透過Origin軟體繪圖得到不同溫度下的吸附等溫線，以及不同溫度下的Henry常數。

吸附等溫線可以看出在253K時分壓達到60kPa時，吸附已經接近飽和了，但是在其他溫度下，考察的壓力範圍似乎還未達到吸附飽和，且波動較大，感覺這個分子篩可能孔徑過大，不太適合吸附CO2。可以根據吸附等溫線的圖結合實際確定吸附的最佳溫度和壓力引數範圍。

同時還可以得到每個溫度下的吸附能量分佈，每一個溫度下得到的都是近似的峰形。它表示的是不同吸附能量的CO2佔所有吸附CO2的比，出現小峰則說明其具有多個不同的吸附位點，該圖說明該分子篩具有多個CO2吸附位點（該分子篩具有多個尺寸的孔道，CO2在不同位置吸附能量不同）。

選取某一溫度壓力下的計算結果可以檢視CO2在分子篩中的吸附密度分佈，可以確定CO2主要吸附在哪些尺寸的孔道中。

以上就是運用MS軟體模擬分子篩吸附CO2的過程了，可以輔助確定適宜的操作引數和壓力。分子模擬的使用範圍非常廣，研究體系可以自由搭建，研究結果可以對實驗現象進行深入解釋，還能考察實驗無法研究的問題（例如超高壓下的分子行為）。本篇推送只是其中一個研究吸附的例子，為了給大家一個分子模擬的印象，其中不免有錯誤，還請大家諒解。

參考文獻：

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［2］黃麗敏，靳強，楊斌，朱學遠。位點能量分佈理論及其在土壤和沉積物對汙染物吸附研究中的應用［J］。環境化學，2017，36（11）：2424-2433。

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