A型分子筛对水分子和矿物油分子吸附行为的分子动力学模拟

摘要

变压器是电力系统中的关键设备之一,油纸绝缘是其主要绝缘形式,绝缘受潮会严重危害变压器安全运行。A型分子筛广泛应用于气体和液体脱水,但能否用于吸附矿物油中水分目前未知,其吸附行为和机理缺乏研究。针对此问题,采用分子动力学方法模拟了A型分子筛对水和矿物油分子的吸附过程,揭示了吸附机理。研究结果表明:1)A型分子筛与水和矿物油分子间的相互作用均表现为吸引力,对水分子的吸引力为静电力,同时水分子受范德华斥力作用;在温度为358 K时对应3A和4A分子筛,静电力大小分别为-1954.18 kJ·mol-1·nm-2和-2 654.08 kJ·mol-1·nm-2,范德华力大小分别为239.07 kJ·mol-1·nm-2和362.33 kJ·mol-1·nm-2;对矿物油分子的吸引力主要由范德华力提供,在温度为358 K时对应3A和4A分子筛其大小分别为-81.36 kJ·mol-1·nm-2和-72.43 kJ·mol-1·nm-2;2)相同时间内水分子在4A分子筛内的扩散距离更远;250 ps内,温度为308 K时水分子在3A和4A分子筛内的扩散距离分别为0.767 nm和0.893 nm,且随温度升高不断增大;3)相同条件下水分子在4A分子筛内的扩散速率比3A分子筛快,在温度为358 K时快27.21%,更适用于吸附矿物油中水分。