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一种制备CH4/N2分离膜的离子液体筛选系统及方法

文献发布时间:2023-06-19 18:35:48


一种制备CH4/N2分离膜的离子液体筛选系统及方法

技术领域

本发明属于材料技术领域,具体涉及一种制备CH

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解,而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

目前开发出来的气体分离膜主要可以分为三大类:聚合物膜、无机膜和混合基质膜。其中,聚合物由于其低廉的价格,优异的加工性能和优良的综合性能,成为应用最多和研究最广的一种膜分离材料。但聚合物膜对气体的渗透性能和选择性之间存在“此消-彼涨”(Trade-off)的相互制约关系,最终使膜的分离性能达到一个上限,从而制约了聚合物分离膜的进一步发展和应用。利用离子液体对气体分子的高溶解度和促进传递特性,将其共混在聚合物中是突破“Trade-off”制约关系的有效途径。但CH

发明内容

为克服上述现有技术的不足,本发明提供了一种制备CH

为实现上述目的,本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案:

第一方面,一种制备CH

(1)离子液体初始结构确定:对候选离子液体中阴、阳离子开展几何优化,计算优化后的稳定结构的单点能,获取波函数;对波函数进行解析,计算阴、阳离子表面静电势分布,确定组成离子液体的阴、阳离子相对朝向,获得离子液体初始结构;

(2)二聚体稳定结构确定:对离子液体初始结构开展几何优化,计算优化后稳定结构的单点能,获取波函数;对波函数进行解析,计算静电势全局极小值,确定离子液体-CH

(3)二聚体结合能计算:对步骤(2)获得的二聚体稳定结构计算二聚体结合能,对比结合能差异大小。

进一步的技术方案,所述制备CH

优选的,所述聚合物为苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物SEBS,制备聚合物-离子液体共混膜时所用溶剂为甲苯。

进一步的技术方案,步骤(1)中,几何优化和单点能计算均基于Gaussian 软件开展。

优选的,几何优化采用泛函为B3LYP,阳离子基组为6-311G**,阴离子机组为6-311+G**。

优选的,单点能计算所采用泛函为B3LYP,基组为ma-TZVPP。

进一步的技术方案,步骤(1)中,所述对波函数进行解析为:采用 Multiwfn软件对波函数进行解析。

进一步的技术方案,步骤(2)中,离子液体初始结构几何优化采用泛函为B3LYP,基组为6-311+G**;单点能计算采用泛函为B3LYP,基组为ma-TZVPP。

进一步的技术方案,步骤(2)中,所述对波函数进行解析为:采用 Multiwfn软件对波函数进行解析。

进一步的技术方案,步骤(2)中,二聚体初始结构几何优化采用泛函为B3LYP,基组为6-311+G**。

进一步的技术方案,步骤(3)中,所述二聚体结合能计算基于ORCA 软件。

优选的,所述二聚体结合能计算采用DLPNO-CCSD(T)方法结合 tightPNO精度,搭配混合基组。

进一步优选的,所述混合基组施加方法为:以CH

第二方面,一种制备CH

初始结构确定模块,其被配置为:对候选离子液体中阴、阳离子开展几何优化,计算优化后的稳定结构的单点能,获取波函数;对波函数进行解析,计算阴、阳离子表面静电势分布,确定组成离子液体的阴、阳离子相对朝向,获得离子液体初始结构;

稳定结构确定模块,其被配置为:对离子液体初始结构开展几何优化,计算优化后稳定结构的单点能,获取波函数;对波函数进行解析,计算静电势全局极小值,确定离子液体-CH

结合能计算模块,其被配置为:对二聚体稳定结构计算二聚体结合能,对比结合能差异大小。

进一步的技术方案,结合能计算模块中,二聚体结合能计算基于ORCA 软件。

优选的,所述二聚体结合能计算采用DLPNO-CCSD(T)方法结合 tightPNO精度,搭配混合基组。

进一步优选的,所述混合基组施加方法为:以CH

第三方面,一种计算机装置,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时实现上述方法的步骤。

第四方面,一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时执行上述方法的步骤。

以上一个或多个技术方案存在以下有益效果:

本发明的一种制备CH

本发明筛选出的对CH

本发明针对筛选离子液体的特定计算过程,搭配了合适的泛函与基组,在保证计算精度的同时降低了时间成本,提高了效率。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。

图1为实施例中阴、阳离子的结构式;

图2为实施例中阴、阳离子的表面静电势分布图;

图3为实施例中离子液体的静电势全局极小值点分布图;

图4为实施例中二聚体IGMH分析图,其中,·····H···O

图5为实施例中二聚体IGMH分析图,其中,·····N

图6为实施例中二聚体IGMH分析图,其中,·····H···O

图7为实施例中二聚体IGMH分析图,其中,·····N

图8为实施例中二聚体电子密度分布图,其中,CH

图9为实施例中二聚体电子密度分布图,其中,N

图10为实施例中二聚体电子密度分布图,其中,CH

图11为实施例中二聚体电子密度分布图,其中,N

图12为实施例中共混膜与Robeson上限中聚合物膜的CH

具体实施方式

应该指出,以下详细说明都是示例性的,旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。

在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

本实施例公开了一种制备CH

(1)离子液体初始结构确定:三己基(十四烷基)膦双(2,4,4-三甲基戊基) 膦酸盐([P

(2)[P

(3)[P

(4)SEBS-[P

从图1可知,[P

从图2可知,阳离子[P

从图3可知,[P

从图4-7可知,[P

从图8-11可知,相比于CH

从图12可知,通过本方法设计的聚合物-离子液体共混膜的CH

实施例二

一种制备CH

初始结构确定模块,其被配置为:对候选离子液体中阴、阳离子开展几何优化,计算优化后的稳定结构的单点能,获取波函数;对波函数进行解析,计算阴、阳离子表面静电势分布,确定组成离子液体的阴、阳离子相对朝向,获得离子液体初始结构。

稳定结构确定模块,其被配置为:对离子液体初始结构开展几何优化,计算优化后稳定结构的单点能,获取波函数;对波函数进行解析,计算静电势全局极小值,确定离子液体-CH

结合能计算模块,其被配置为:对二聚体稳定结构计算二聚体结合能,对比结合能差异大小。

其中,结合能计算模块中,二聚体结合能计算基于ORCA软件。

二聚体结合能计算采用DLPNO-CCSD(T)方法结合tightPNO精度,搭配混合基组。

混合基组施加方法为:以CH

实施例三

本实施例的目的是提供一种计算机装置,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时实现上述方法的步骤。

实施例四

本实施例的目的是提供一种计算机可读存储介质。

一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时执行上述方法的步骤。

以上实施例二、三和四的装置中涉及的各步骤与方法实施例一相对应,具体实施方式可参见实施例一的相关说明部分。术语“计算机可读存储介质”应该理解为包括一个或多个指令集的单个介质或多个介质;还应当被理解为包括任何介质,所述任何介质能够存储、编码或承载用于由处理器执行的指令集并使处理器执行本发明中的任一方法。

本领域技术人员应该明白,上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现,可选地,它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现,从而,可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行,或者将它们分别制作成各个集成电路模块,或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

技术分类

06120115628932