[发明专利]一种模拟TBPB半笼形水合物膜分离混合气体的方法

权利要求书

1.一种模拟TBPB半笼形水合物膜分离混合气体的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)采用Materials Studio建立TBPB半笼形水合物的晶胞及气体分子模型，将得到的TBPB半笼形水合物结构和气体分子的坐标信息转换为分子模拟软件所需的输入坐标文件；

(2)采用GROMACS软件，带入步骤(1)得到的坐标文件，对TBPB半笼形水合物的晶胞进行2×2×2扩胞，并按照比例扩充气体分子数量，构建混合气体模型，添加水分子，将TBPB半笼形水合物结构与混合气体模型按照气液-水合物-气液的顺序进行叠加，得到TBPB半笼形水合物膜分离混合气体的初始构型信息；步骤(2)所述的混合气体包括CO₂-N₂体系，CO₂-H₂体系及CH₄-C₂H₆体系；

(3)采用GROMACS软件，带入步骤(2)得到的初始构型信息，设置模拟参数，依次通过能量最小化、位置限制性预平衡模拟的方法得到稳定构型信息；

(4)采用GROMACS软件，带入步骤(3)得到的最终构型信息，设置模拟参数，进行分子动力学计算，得到分子轨迹坐标信息；

(5)对步骤(4)得到的分子轨迹坐标信息进行图像分析和计算分析，得到TBPB半笼形水合物膜分离混合气体的动态图像和分离结果。

2.根据权利要求1所述模拟TBPB半笼形水合物膜分离混合气体的方法，其特征在于，步骤(3)所述的能量最小化方法采用GROMACS软件中的steepest descent minimization算法，所述的位置限制性预平衡模拟包括NVT系综及NPT系综，采用蛙跳(leap-frog)算法。

3.根据权利要求1所述模拟TBPB半笼形水合物膜分离混合气体的方法，其特征在于，步骤 (3)所述的模拟参数包括力场参数、分子间相互作用参数、温度参数、压强参数、长程库伦参数和时间步长。

4.如权利要求3所述模拟TBPB半笼形水合物膜分离混合气体的方法，其特征在于，所述力场参数包括TBPB分子的力场，水分子的力场，CO₂、N₂、H₂、CH₄、C₂H₆分子的力场；其中TBPB、CO₂、N₂、H₂、CH₄以及C₂H₆分子的力场采用OPLS-AA力场；其中水分子的力场采用TIP4P力场。

5.如权利要求3所述模拟TBPB半笼形水合物膜分离混合气体的方法，其特征在于，所述分子间相互作用参数包括相同分子间相互作用和不同分子间相互作用；相同分子间相互作用采用为L-J参数，所述不同分子间相互作用采用Lorentz-Berthelot混合规则计算得到。

6.根据权利要求3所述模拟TBPB半笼形水合物膜分离混合气体的方法，其特征在于，所述温度参数采用nose-hoover耦合，压强参数采用Parrinello-Rahman耦合。

7.根据权利要求1所述模拟TBPB半笼形水合物膜分离混合气体的方法，其特征在于，在所述步骤(4)中，采用NPT系综，所述的模拟参数，包括力场参数、压强参数、长程作用力参数和时间步长。

8.根据权利要求1所述模拟TBPB半笼形水合物膜分离混合气体的方法，其特征在于，步骤(5)所述图像分析采用VMD软件进行,得到利用TBPB半笼形水合物膜分离混合气体的实时动态图像。

9.根据权利要求1所述模拟TBPB半笼形水合物膜分离混合气体的方法，其特征在于，步骤(5)所述的计算分析包括气体分子进入半笼形水合物的数量统计，各相中气体浓度计算及目标气体的分离系数；气相中目标气体的浓度采用下列公式计算：

水合物相中目标气体的浓度采用下列公式计算：

目标气体的分离系数采用下列公式计算：

其中，y_1,g为气相中目标气体的摩尔比例，y_2,g为气相中另一种组分气体的摩尔比例，y_1,h为水合物相中目标气体的摩尔比例，y_2,h为水合物相中另一种组分气体的摩尔比例，Y_1,g为模拟结束后气相中目标气体的摩尔比例，Y_2,g为模拟结束后气相中另一种组分气体的摩尔比例，Y_1,f为初始气相中目标气体的摩尔比例，Y_2,f为初始气相中另一种组分气体的摩尔比例。