利用PC - SAFT模拟甲烷和正丁烷在聚二甲基硅氧烷中的吸附、扩散和渗透

ty10086 提交于 周四, 08/26/2021 - 13:09
文章英文标题
Modelling of methane and n-butane sorption, diffusion and permeation in polydimethylsiloxane using PC-SAFT
正文
文摘( # br )利用基于扰动链统计关联理论( PC-SAFT )的模型,模拟了甲烷和正丁烷在聚二甲基硅氧烷( PDMS )中-20 ~ 50℃的吸附、扩散和渗透数据。在PC - SAFT模型中引入了温度相关的相互作用参数,使得纯气体吸附数据得到了很好的表征。混合气体吸附结果完全可以从这些纯气体参数中预测,不需要引入任何附加参数,与实验数据吻合较好。该模型还能够模拟PDMS在不同气体组分下的膨胀行为,使得仅利用纯气体吸附数据来分析气体吸附特性成为可能。扩散模型与PC-SAFT模型耦合,可以很好地拟合纯气体和混合气体的渗透数据,在扩散项中用指数表达式来描述这种膨胀。只采用两个参数(即无限稀释迁移率系数L0和塑化因子β ),不需要两个渗透剂之间的耦合作用。甲烷和正丁烷的L0活化能分别为11.7和13.4 kJ mol-1。此外,该模型还可以计算穿透剂在膜厚上的浓度分布。对于正丁烷,当进料压力从4 atm增加到11 atm时,25℃下8 mol %正丁烷的质量浓度分布由线性变为非线性,反之,甲烷在两种条件下均呈线性浓度分布。
文章内容(英文)
Abstract(#br)Published sorption, diffusion and permeation data for methane and n-butane in polydimethylsiloxane (PDMS) from −20 to 50 °C was simulated using a perturbed chain statistical association theory (PC-SAFT) based model. The use of a temperature-dependent interaction parameter within the PC-SAFT model allowed the pure gas sorption data to be very well represented. The mixed gas sorption results were fully predictable from these pure gas parameters, without the introduction of any additional parameters, and agreed well with the experimental data. The model was also able to model the dilation behavior of PDMS under various gas compositions, making it possible to analyse gas sorption properties using pure gas sorption data only. A diffusion model coupled with the PC-SAFT model was capable of fitting both pure and mixed gas permeation data well by applying an exponential expression to account for such dilation in the diffusivity term. Only two parameters (i.e. infinite dilution mobility coefficient L 0 and plasticization factor β) were used and no coupling effect between the two penetrants was needed. The activation energies of L 0 were 11.7 and 13.4 kJ mol −1 for methane and n-butane. Moreover, the model was also able to calculate the concentration profiles of the penetrants across the membrane thickness. For n-butane, the mass concentration profile changed from linear to non-linear when the feed pressure increased from 4 to 11 atm for 8 mol% n-butane at 25 °C. Conversely, methane showed a linear concentration profile under both conditions.
来源出处
Journal|[J]Journal of Membrane ScienceVolume 597, 2020.
DOI
https://doi.org/10.1016/j.memsci.2019.117642

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