ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы данной диссертационной работы обусловливается тем, что природные и искусственные адсорбенты обычно характеризуются порами с различной геометрией, как правило, - криволинейной.

Объекты исследования. В качестве модельных адсорбтивов и адсорбатов рассматривались газы и пары неполярных молекулярных веществ: аргона, азота, кислорода, водорода и метана, достаточно адекватно описываемые модельным потенциалом Леннард-Джонса. Особое внимание было уделено исследованию адсорбции водорода углеродными адсорбентами, включая

индустриальные адсорбенты, моделируемые системой плоскопараллельных пор, а также фуллерены и фуллеренсодержащие материалы.

Предмет исследования: роль основных управляющих параметров (температуры, давления, параметров потенциала межмолекулярного взаимодействия и др.), определяющих вид профилей локальной плотности и значения адсорбционных характеристик.

Цель диссертационной работы. Сравнительные расчеты распределений локальной плотности и адсорбционных характеристик (абсолютной и избыточной адсорбции, гравиметрической плотности, теплоты адсорбции) для адсорбентов с плоской и сферической геометрией.

Научная новизна:

1. Впервые получен и апробирован ряд одночастичных (адсорбционных) потенциалов для адсорбентов с криволинейной геометрией (сферической и цилиндрической), которые могут быть использованы как в теоретических подходах, так и при осуществлении атомистического моделирования (Монте-Карло и молекулярная динамика);

2. Разработан метод расчета адсорбции на основе МФП в случае сферической геометрии адсорбента, разработан и апробирован комплекс компьютерных программ для исследования адсорбционных характеристик и структуры адсорбированных слоев таких наноструктур, как фуллерены, фуллериты, сферические нанопоры в веществе и сферические наночастицы и т.д.;

3. Впервые с использованием МФП проведены сравнительные расчеты адсорбции водорода в плоскопараллельных щелевидных порах графитового адсорбента и на молекулах фуллеренов. Сделан вывод о практически одинаковой адсорбционной емкости этих наноструктур, а также о том, что при комнатных температурах их адсорбционная емкость недостаточна для создания и использования накопителей (аккумуляторов) водорода;

4.

Практическая значимость. Разработанные в диссертации методы расчета адсорбционных характеристик могут быть использованы для оптимизации ряда технологических процессов, в том числе рекуперационных безотходных

методов использования растворителей в химической технологии. Результаты расчетов адсорбции водорода углеродными адсорбентами позволяют оценить перспективы решения одной из основных проблем водородной энергетики, связанной с возможностью создания безопасного адсорбционного аккумулятора (накопителя) водорода. Методы оценки адсорбции кислорода и азота, т.е. газов, входящих в состав воздуха, представляет интерес для технологий микро- и наноэлектроники.

Личный вклад автора. Лично автором получены и проанализированы адсорбционные потенциалы для адсорбентов с криволинейной геометрией, разработаны две компьютерные программы для расчетов локальной плотности и адсорбционных характеристик (одна из них - в соавторстве с В.В. Зубковым), проведены расчеты профилей локальной плотности и адсорбционных характеристик для адсорбентов с плоской и сферической геометрией.

Положения, выносимые на защиту:

1. Одночастичные потенциалы для адсорбентов с плоской и криволинейной геометрией;

2. Распространение метода учета слоистой объемной структуры 3D- адсорбентов на системы с произвольной геометрии;

3. Методы и результаты расчета изотерм адсорбции молекулярных газов и паров на плоской поверхности, в щелевидной поре, а также на адсорбентах со сферической геометрией с использованием классического МФП;

4. Метод и результаты расчета изостерических теплот адсорбции для адсорбентов с плоской и сферической геометрией;

5. Физическая интерпретация пиков на температурной и адсорбционной зависимостях изостерической теплоты адсорбции с учетом их взаимосвязи со степенью заполнения монослоев.

Достоверность результатов обеспечивается тщательной проверкой алгоритмов расчета адсорбционных характеристик, использованием различных методов интерполяции промежуточных данных для исключения возможности артефактов, сравнением полученных результатов с теоретическими и экспериментальными результатами других авторов, а также с результатами компьютерного атомистического моделирования, публикаций результатов исследований в рецензируемых журналах, в том числе ведущих российских научных журналах.

теме диссертации осуществлялись в рамках программы «Научные и научно- педагогические кадры инновационной России (2009-2013 гг.)». В настоящее время исследования по теме диссертации осуществляется при поддержке РФФИ (проект № 13-03-00119).

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на: 48-ой Международной научной студенческой конференции «Студент и научно­технический прогресс» (Новосибирск, НГУ, 2010); Международном междисциплинарном симпозиуме «Физика межфазных границ и фазовые переходы» МФГФП-1 (г. Нальчик, пос. Лоо 2011 г.); 14-ом Международном симпозиуме «Порядок, беспорядок и свойство оксидов» ODPO-14 (Ростов- на-Дону, п. Лоо, 2011); 5-ом Всероссийском семинаре «Физико-химия поверхностей и наноразмерных систем» (Москва, ИФХЭ РАН, 2013); XV Всероссийском симпозиуме с участием иностранных ученых «Актуальные проблемы теории адсорбции, пористости и адсорбционной селективности» (Москва - Клязьма, 2013); XIX Международной конференции по Химической термодинамике в России (Москва, МИТХТ, 2013); Всероссийской научной конференции по фундаментальным вопросам адсорбции с участием иностранных ученых (Тверь, ТГТУ, 2013).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, из них 6 статей в рецензируемых научных журналах, входящих в перечень ВАК, а также свидетельство о государственной регистрации программы № 2013611648. «Компьютерная программа для расчета адсорбции на внутренней и внешней поверхностях сферического адсорбента на основе классического метода функционала плотности (ASCDFT)».

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка цитируемой литературы и дополнения. Работа изложена на 159 страницах машинописного текста, содержит 76 рисунков, 3 таблицы. Список цитируемой литературы содержит 187 наименований.