金属有机骨架(Metal-Organic Frameworks,MOFs)由于其结构可调、比表面积大、孔体积大等优势,在吸附脱硫方面的研究备受关注。近年来,MOFs数量日益增多,传统实验“试错”法具有效率低、周期长等缺点,基于蒙特卡罗(Monte Carlo,MC)分子模拟的高通量计算方法能够突破传统实验研究的局限,本文采用此方法深入探究MOFs吸附脱硫的性能及机理,具体内容如下:1.在浓度为224.6 ppm的模拟油条件下(噻吩作为硫化物,正辛烷作为溶剂),依据噻吩的分子动力学尺寸(4.6 A),进行了 2932种CoRE-MOFs(Compution-ready,Experimental-MOFs)的吸附脱硫性能的快速筛选。结果表明,亨利选择性由于未考虑客体分子间作用,并不能准确预测体系的吸附选择性。基于GCMC选择性和噻吩吸附容量,研究了噻吩和正辛烷纯组分,二元混合组分分别在FAHFUR和PUQXUV中的吸附。纯组分结果表明,在低压下,FAHFUR中的噻吩吸附发生在方形和瓶状孔道中,而正辛烷主要吸附于方形孔道,随着压力增大,正辛烷逐渐分布于方形和瓶状孔道。对于PUQXUV,含有杂原子S的噻吩可进入亲水孔道,由于环上烷基的疏水性,噻吩也可进入疏水孔道,而疏水的正辛烷只可吸附于疏水孔道。对于二元组分,在FAHFUR中,由于噻吩和正辛烷的竞争作用,混合组分中的噻吩在方形孔道密度远低于对应的纯组分。同时发现,对于PUQXUV,混合组分中的噻吩在疏水孔道密度分布较低。2.苯作为燃料油的重要组成成分,其动力学尺寸(5.8 A)比噻吩略大,无偶极矩,又具有较高的四极炬,与噻吩可形成竞争吸附。本节采用高通量筛选研究了噻吩-苯-正辛烷三元组分(1:1:998)在716种CoRE-MOFs中的吸附分离,结果表明,LCD居于5-8 A、VF居于0.2-0.5、GSA居于0-1000 m2/g的MOFs可以高效吸附噻吩,而LCD在5.8-12 A、VF在0.3-0.85、GSA在500-3500 m2/g可以有效吸附苯。选取了吸附脱硫性能优异的EYOQAL和PUQXUV,研究了噻吩-苯(50%-50%),噻吩-苯-正辛烷(1%-1%-98%)的吸附及密度分布。二元组分结果表明,噻吩吸附容量远高于苯。对于EYOQAL,在低压下,噻吩主要分布在四角形孔道,苯主要分布在六角形孔道之中。在高压下,由于尺寸熵效应,噻吩和苯在六角形孔道发生竞争吸附。对于PUQXUV,由于苯较大的动力学尺寸,苯的引入对噻吩吸附的竞争吸附影响很小。三元组分结果表明,在EYOQAL中,噻吩吸附容量随压力增大逐渐升高,分布在四角形和六角形的两种孔道。而正辛烷吸附容量随压力变化略有降低,仅分布在六角形孔道。苯在整个压力范围的吸附容量都较小。在PUQXUV中,低压下,苯和正辛烷吸附容量达到饱和。噻吩的吸附容量随压力增大达到饱和,而苯和正辛烷的存在对噻吩吸附影响较小。3.MIL-47由于其优异的脱硫效果,是一种潜在的吸附材料,在实验中获得广泛研究。在分子模拟中,准确再现MIL-47的吸附脱硫行为是较大挑战,主要原因是考虑到力场的准确性,而可极化力场对于精确模拟吸附脱硫具有重要意义。采用诱导偶极极化模型,对苯并噻吩附加原子极化率,调整其LJ(Lennard-Jones)能量参数。分别在298.15 K、308.15 K和318.15 K时,运用GCMC方法探究了 MIL-47对苯并噻吩和正辛烷混合组分的吸附。结果表明,采用非极化力场和未调整LJ参数的极化力场时,模拟结果都远低于实验值。而在调整LJ参数的极化力场条件下,298.15 K、308.15 K和318.15 K时模拟的吸附等温线与实验值吻合,极化力场都很好的预测吸附行为。在不同温度下,由于苯并噻吩与正辛烷的竞争作用,导致苯并噻吩的饱和吸附容量随温度升高而增加,正辛烷的吸附容量降低。单组份苯并噻吩的吸附显示其吸附容量随温度升高而降低,是放热过程。