侯封校， 金 晶， 劉敦禹， 寇學(xué)森， 楊浩然， 王永貞

(1.上海理工大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院 上海市動(dòng)力工程多相流與傳熱重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200093；2.臨沂大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院，山東 臨沂 276000)

溫室效應(yīng)是全世界所面臨的巨大挑戰(zhàn)，化石燃料的廣泛使用造成了CO2的大量排放，加劇了溫室效應(yīng)。為減緩全球氣候變暖的趨勢，碳減排勢在必行。目前，碳減排的方式可以分為兩類：一是采用清潔、低碳的供能方式；二是對產(chǎn)生的CO2進(jìn)行捕集、封存或再利用。由于目前新能源等產(chǎn)能方式仍有一定的局限性[1-2]，且中國化石能源消費(fèi)占比非常高，煤、石油、天然氣的消費(fèi)占比可達(dá)到58.25%、19.59%、7.43%[3]，因此，對傳統(tǒng)化石能源燃燒所產(chǎn)生的CO2進(jìn)行捕集對中國意義更大。碳捕集的方式可以分為燃燒前捕集、燃燒后捕集、富氧燃燒，但這些技術(shù)均會(huì)產(chǎn)生額外耗能，且運(yùn)行成本較高[4-6]。而化學(xué)鏈燃燒通過載氧體的循環(huán)將傳統(tǒng)的燃燒過程分為2個(gè)階段，以此實(shí)現(xiàn)氮?dú)夂脱鯕獾姆蛛x，且沒有額外的分離耗能，還可實(shí)現(xiàn)能量的梯級利用，因此具有較好的發(fā)展前景[7-8]。

在化學(xué)鏈燃燒中，燃料與載氧體在燃料反應(yīng)器中接觸并進(jìn)行反應(yīng)，該反應(yīng)器也被稱為還原反應(yīng)器。其內(nèi)為還原性氣氛，固體燃料進(jìn)入還原反應(yīng)器首先熱解產(chǎn)生燃料氣體，燃料氣體與載氧體進(jìn)行氣-固異相反應(yīng)；熱解產(chǎn)生的焦炭一部分會(huì)被氣化，另一部分仍會(huì)與載氧體接觸，進(jìn)行速率較低的固-固反應(yīng)[9-11]。因此，載氧體在氣-固和固-固反應(yīng)中具有重要作用。

目前載氧體分為金屬氧化物載氧體與非金屬氧化物載氧體，其中非金屬氧化物載氧體CaSO4具有載氧能力出色、價(jià)格低廉且易獲得、環(huán)保性較好等優(yōu)點(diǎn)，因此有較大的發(fā)展?jié)摿?。沈來宏等[12]從熱力學(xué)平衡角度對比了CaSO4與金屬氧化物載氧體Fe2O3、NiO，結(jié)果表明，F(xiàn)e2O3載氧體僅在 Fe2O3-Fe3O4階段有較好的反應(yīng)性能，而CaSO4載氧體與NiO載氧體的反應(yīng)性能接近，但CaSO4載氧體載氧量高、價(jià)格低廉，是較為理想的載氧體。Song等[13-14]分別采用固定床與流化床進(jìn)一步探究CaSO4載氧體的性能，雖然熱力學(xué)上CaSO4載氧體反應(yīng)性能較好，但其反應(yīng)速率較低；提高反應(yīng)溫度可以提高其反應(yīng)性能，但當(dāng)反應(yīng)溫度為1273 K時(shí)，會(huì)有6%左右的SO2析出，因此需通過增加反應(yīng)時(shí)間來提高轉(zhuǎn)化率。在反應(yīng)溫度為1223 K的實(shí)驗(yàn)中，CaSO4載氧體在反應(yīng)初期表現(xiàn)了良好的反應(yīng)能力，但是在反應(yīng)末期其反應(yīng)性能逐步降低，且積炭現(xiàn)象愈發(fā)嚴(yán)重，同時(shí)還有輕微的燒結(jié)現(xiàn)象。Deng等[15]采用H2為燃料進(jìn)行CaSO4載氧體還原反應(yīng)的數(shù)值模擬，結(jié)論一致。較低的反應(yīng)溫度與較大的載氧體粒徑使鼓泡床中快速形成較大的氣泡，從而使燃料與載氧體接觸不充分，導(dǎo)致燃料轉(zhuǎn)化效率較低。對于以煤為燃料的化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)，Zheng等[16]認(rèn)為燃料反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)溫度應(yīng)低于1223 K，以防止CaSO4載氧體燒結(jié)或過多分解。根據(jù)CaSO4載氧體反應(yīng)能力強(qiáng)但反應(yīng)速率低的特點(diǎn)，摻雜Ni、Fe、Cu等對載氧體進(jìn)行改性，可以在一定程度上增大載氧體的比表面積，同時(shí)降低硫釋放的比率[17-19]。Zhang等[20]對比了CaO與CaCO3對CaSO4載氧體的硫釋放特性的影響，表明CaO的固硫效果更好，且Ca/S摩爾比越高，固硫效果越好。而Zheng等[21]發(fā)現(xiàn)，在空氣反應(yīng)器中仍會(huì)有SO2釋放，從反應(yīng)平衡的角度，通過添加CaO可降低硫釋放，在1173 K的反應(yīng)溫度下，CaO/CaS摩爾比為1∶1時(shí)可以將硫損失降到最低。Abad等[22]以煤作為燃料、CaSO4/CaO作為載氧體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：調(diào)控載氧體與燃料的比例可降低硫釋放，該比例取決于固體燃料的含硫量；而對于固體燃料的在線氣化化學(xué)鏈燃燒而言，CaSO4載氧體的氧傳輸性能是其他廉價(jià)載氧體(如鈦鐵礦)的4倍。綜上，硫釋放已不是制約鈣基載氧體應(yīng)用的主要因素，對于以CaSO4為載氧體的化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)，最為關(guān)鍵的問題是增大還原反應(yīng)的反應(yīng)速率。因此，揭示CaSO4載氧體反應(yīng)速率較低的原因，對后續(xù)載氧體改性、操作條件優(yōu)化都非常重要。但宏觀實(shí)驗(yàn)只能從反應(yīng)物、產(chǎn)物量變的角度對反應(yīng)進(jìn)行研究，研究的反應(yīng)為總包反應(yīng)，忽略了內(nèi)部的吸附、擴(kuò)散與反應(yīng)等細(xì)節(jié)。Zhang等[23-24]對以CO與CH4為燃料的還原反應(yīng)階段進(jìn)行了計(jì)算研究，說明了這2種燃料氣體在CaSO4(010)表面的反應(yīng)路徑。但其主要針對反應(yīng)階段進(jìn)行研究，而在反應(yīng)前燃料氣體分子在CaSO4載氧體上的吸附擴(kuò)散行為未有報(bào)道。由于分子動(dòng)力學(xué)在研究載氧體表面吸附擴(kuò)散等特性時(shí)，可考慮溫度、壓力等宏觀因素，因而被廣泛應(yīng)用[25-26]。

綜上，為了研究燃料氣體分子在CaSO4載氧體表面的吸附擴(kuò)散特性，筆者采用CO作為典型燃料氣體，使用分子動(dòng)力學(xué)模擬了其在反應(yīng)溫度為1123 K、1173 K與1223 K時(shí)的動(dòng)力學(xué)特性，分析了CO在CaSO4(010)表面的吸附行為與擴(kuò)散特性，深入探討了其作用機(jī)理；同時(shí)與CH4、H2進(jìn)行了對比，研究了不同氣體分子吸附擴(kuò)散行為的機(jī)理。研究的結(jié)果可為CaSO4載氧體的改進(jìn)與優(yōu)化提供理論基礎(chǔ)。

1 模型與方法

硫酸鈣晶體在微觀層面上最穩(wěn)定的晶體表面為(010)面，采用3層CaSO4周期性晶體構(gòu)成的CaSO4(010)表面作為氣-固反應(yīng)界面，其構(gòu)型如圖1所示。CaSO4(010)表面的大小為3.7428 nm×4.1946 nm，3個(gè)方向均采用周期性邊界條件。為了表現(xiàn)CaSO4(010)表面的固體特性，在模擬中認(rèn)為CaSO4(010)表面為剛性體系，保持其原子位置固定。此外，模擬分別采用30個(gè)CO、H2、CH4氣體分子構(gòu)成氣相系統(tǒng)，氣相系統(tǒng)z方向的高度(垂直于CaSO4(010)表面方向)采用理想氣體方程進(jìn)行確定。為了減少計(jì)算量，系統(tǒng)壓力采用2.5331 MPa，由理想氣體方程可得，在反應(yīng)溫度為1123 K、1173 K、1223 K時(shí)z方向高度分別為12.6761 nm、13.1987 nm、13.7213 nm。

圖1 CaSO4(010)表面模型與燃料氣體分子的幾何構(gòu)型Fig.1 The configuration of CaSO4(010) surface model and fuel-gas molecules(a) CaSO4(010)； (b) CO； (c) CH4； (d) H2

采用GROMACS軟件[27]進(jìn)行模擬，非鍵相互作用采用L-J(Lennard-Jones)12-6勢描述，鍵合相互作用采用簡諧勢描述，其力場參數(shù)使用UFF(Universal Force Field)勢[28]，CO與CaSO4(010)表面的相互作用能采用式(1)描述。

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動(dòng)力學(xué)模擬中，使用蛙跳算法對牛頓運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行積分，時(shí)間步長為0.5 fs，模擬時(shí)間為10 ns，軌跡輸出時(shí)間間隔為2 ps。范德華作用采用Cut-off方式進(jìn)行計(jì)算，截?cái)喟霃綖?.5 nm；靜電作用計(jì)算采用PME(Particle-Mesh-Ewald)方法，模擬中計(jì)算靜電作用所需的原子電荷參數(shù)采用Mulliken電荷。在溫度模擬中，采用鈣基載氧體典型反應(yīng)溫度1123～1223 K[13-16]，通過Nose-Hoover熱浴進(jìn)行控溫。根據(jù)能量輸出結(jié)果，模擬中體系在2 ns左右已經(jīng)達(dá)到平衡，因此對平衡后的8 ns進(jìn)行采樣分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 反應(yīng)溫度變化對CaSO4(010)表面吸附擴(kuò)散特性的影響

選取CO作為典型燃料，考察反應(yīng)溫度變化時(shí)，CaSO4(010)表面對固體燃料熱解產(chǎn)生的可燃性氣體吸附擴(kuò)散特性的影響?；?0 ns的NVT系綜動(dòng)力學(xué)模擬，選取體系平衡后的6 ns時(shí)間段內(nèi)的軌跡進(jìn)行能量分析。CO與CaSO4(010)表面之間的作用可以分為庫侖作用與L-J非鍵作用，圖2統(tǒng)計(jì)了在 6 ns 時(shí)間段內(nèi)不同溫度時(shí)兩者作用能的概率分布。由圖2可知，3個(gè)溫度下，大部分能量分布均在能量小于0的范圍內(nèi)，表示CO在CaSO4(010)表面的吸附為放熱反應(yīng)。圖2(a)表示庫侖作用能概率分布情況，反應(yīng)溫度為1123 K時(shí)曲線峰值對應(yīng)的作用能最低，1173 K時(shí)的次之，1223 K時(shí)的作用能最高；且各能量范圍所對應(yīng)的分布概率值也符合以上規(guī)律，1123 K時(shí)CO與CaSO4(010)表面的庫侖作用能大概率存在于能量較低的位置，而1223 K時(shí)的高分布概率庫侖作用能主要位于能量值接近于0的范圍內(nèi)。隨著溫度上升，高分布概率庫侖作用能向橫坐標(biāo)正方向偏移，且值逐步趨于零，可知隨著反應(yīng)溫度的升高庫侖作用減弱，CO分子距離CaSO4(010)表面的距離增大。圖2(b)為L-J非鍵作用能分布圖，其規(guī)律與庫侖作用能一致，高概率對應(yīng)的作用能范圍均隨溫度的上升向橫坐標(biāo)正方向偏移，表示其放熱量逐漸減少。同時(shí)，隨著反應(yīng)溫度的上升，L-J非鍵作用能峰值逐步下降，且峰值對應(yīng)的作用能逐步向橫坐標(biāo)正向移動(dòng)，說明隨著溫度升高，非鍵作用能減弱，表明該非鍵作用主要為范德華作用。而1173 K與1223 K時(shí)峰值所對應(yīng)的概率較為相近。這是由于在模擬過程中，非鍵作用所包含的范德華作用隨距離增大迅速衰減，因此在計(jì)算范德華作用時(shí)采用了 Cut-off 截?cái)嗵幚?，超過截?cái)嗑嚯x的范德華作用為零。綜上可知，CO在CaSO4(010)表面的吸附為物理吸附，隨著反應(yīng)溫度的升高，其吸附能力逐步下降。

圖2 不同反應(yīng)溫度下CO吸附于CaSO4(010)的能量概率(PE)分布圖Fig.2 Energy probability (PE) distribution of CO adsorption on CaSO4(010) at different temperatures(a) Coulomb interaction； (b) Non-bond interaction

為了進(jìn)一步分析CO在CaSO4(010)表面的吸附能力的變化，圖3統(tǒng)計(jì)了CaSO4(010)表面法線方向CO分子的密度分布情況，統(tǒng)計(jì)時(shí)間范圍為動(dòng)力學(xué)平衡后的4 ns時(shí)間段內(nèi)，z方向截?cái)?Cut-off)距離為6 nm。圖3中，z軸高度0～0.9389 nm范圍為CaSO4(010)表面固體區(qū)域，大于0.9389 nm的范圍為CO、H2、CH4氣體區(qū)域。由圖3可知，在CaSO4(010)表面附近富集的CO分子數(shù)遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)離CaSO4(010)表面區(qū)域的CO分子數(shù)，該現(xiàn)象證明了CO分子在CaSO4(010)表面發(fā)生了明顯的吸附現(xiàn)象。在z軸高度處于0.9389～1.6 nm范圍內(nèi)，通過與固體區(qū)域z值進(jìn)行差減，得到在距離CaSO4(010)表面約0～0.6611 nm的區(qū)域，CO的密度有較大的峰值；在z軸高度大于1.6 nm的范圍，即距離CaSO4(010)表面大于0.6611 nm區(qū)域，CO的密度保持穩(wěn)定，基本為定值。這表明CaSO4(010)對CO的吸附作用產(chǎn)生了明顯的分層現(xiàn)象，且在距離其表面約0.66 nm處為分層點(diǎn)。在距離CaSO4(010)表面小于0.66 nm的區(qū)域，由于其表面對CO分子的庫侖作用與范德華作用較強(qiáng)，產(chǎn)生了明顯的吸附作用，造成了CO分子的聚集并使CO分子運(yùn)動(dòng)性能減弱，從而形成高密度區(qū)域，即穩(wěn)定吸附于CaSO4(010)表面，因此該區(qū)域?yàn)槲綄?；而在距離CaSO4(010)表面大于0.66 nm的區(qū)域，CO分子的運(yùn)動(dòng)受CaSO4(010)表面吸附作用較小，其運(yùn)動(dòng)性能改變較小，從而密度分布較為均勻，因此該區(qū)域?yàn)轶w相層。隨著溫度的升高，吸附層中的CO密度減小，表明CaSO4(010)表面對CO吸附能力下降。該現(xiàn)象符合物理吸附隨溫度上升吸附能力減弱的特征，與相互作用能分析結(jié)果一致。而在體相層中，反應(yīng)溫度的變化對CO密度的影響較小，這是由于體相層密度較小，空間范圍較大，吸附層分子逃逸至體相層后，對體相層密度的影響較為微弱。

圖3 不同反應(yīng)溫度下CO吸附于CaSO4(010)垂直方向密度分布Fig.3 Vertical density distribution of CO adsorption on CaSO4(010) at different temperatures

在體系動(dòng)力學(xué)模擬平衡后，對2 ns時(shí)間段內(nèi)的軌跡進(jìn)行采樣，通過計(jì)算CO分子軌跡的均方位移，并結(jié)合Einstein公式計(jì)算以z方向?yàn)榉ň€方向的xy平面二維擴(kuò)散系數(shù)，其計(jì)算式如式(2)、(3)、(4)所示，燃料氣體分子在xy平面方向3種溫度下的擴(kuò)散系數(shù)計(jì)算結(jié)果如表1所示。由表1可知，隨著反應(yīng)溫度的升高，xy平面方向的擴(kuò)散系數(shù)增大。該現(xiàn)象表明在反應(yīng)溫度為1123 K時(shí)，CO分子緊密吸附在CaSO4(010)表面，限制了其在xy平面方向的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)反應(yīng)溫度升高后，CaSO4(010)表面對CO分子的吸附能力減弱，CO分子因受到吸附力減少，其分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，更易遷移至新的反應(yīng)位點(diǎn)。該結(jié)論與圖3隨反應(yīng)溫度升高CaSO4(010)表面吸附能力下降的結(jié)論一致。同時(shí)，該結(jié)論也表明CO在xy平面方向擴(kuò)散符合分子碰撞理論，與CaSO4(010)表面對CO分子束縛能力(吸附能力)有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，二者呈反比例關(guān)系。

表1 燃料氣體分子在xy平面方向擴(kuò)散系數(shù)(D)Table 1 The diffusion coefficient (D) of fuel-gasmolecules in xy plane

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其中，D表示擴(kuò)散系數(shù)，m2/s，下角標(biāo)x、y表示擴(kuò)散方向；t表示關(guān)聯(lián)時(shí)間，s；t0表示初始時(shí)刻的時(shí)間，s；Δx、Δy分別表示x、y方向的位移，m；xi、yi分別表示第i個(gè)粒子的坐標(biāo)；N表示粒子數(shù)。

由于CO分子在CaSO4(010)表面的吸附為物理吸附，因此CO分子與CaSO4(010)表面之間的弱相互作用為產(chǎn)生相互吸引的主要原因。基于平均非共價(jià)作用(average Noncovalent Interactions, aNCI)分析[29]，模擬平衡后統(tǒng)計(jì)1 ns時(shí)間段內(nèi)體系的平均約化密度梯度(average Reduced Density Gradient, aRDG)散點(diǎn)圖如圖4所示，其中，縱坐標(biāo)為平均約化密度梯度值，橫坐標(biāo)為sign(λ2)ρ，為電子密度函數(shù)Hessian矩陣本征值符號(hào)(sign(λ2))與電子密度(ρ)的乘積。該分析采用波函數(shù)分析軟件包Multiwfn[30]進(jìn)行。由圖4知，在sign(λ2)ρ值為-0.04～0.04范圍內(nèi)出現(xiàn)了散點(diǎn)圖的穗(Spike)，表明CO在CaSO4(010)表面的吸附是由弱相互作用主導(dǎo)的體系，進(jìn)一步證明了該吸附是物理吸附。同時(shí)，在橫坐標(biāo)0～0.02的區(qū)域有明顯的Spike，該現(xiàn)象表明體系中存在位阻作用，即表明該體系的弱相互作用不是由純粹的范德華作用組成，靜電作用所造成的弱相互作用更強(qiáng)。對比3個(gè)反應(yīng)溫度下的圖像可知，隨著反應(yīng)溫度的升高，Spike逐步減小，表明體系的弱相互作用逐步下降，CaSO4(010)表面對CO分子的吸引力變?nèi)?。橫坐標(biāo)-0.04～0區(qū)域的Spike對應(yīng)范德華作用，該區(qū)域Spike隨著反應(yīng)溫度升高迅速變小，表明范德華作用迅速衰減；靠近橫坐標(biāo)-0.03處的Spike對應(yīng)較強(qiáng)的吸引作用，在該體系中即為靜電作用，其隨著反應(yīng)溫度升高也快速衰減。這2處Spike的變化規(guī)律與能量分布規(guī)律保持一致，說明反應(yīng)溫度升高使CO與CaSO4(010)表面相互作用減弱，導(dǎo)致CaSO4(010)表面對CO分子吸附作用降低。

圖4 CO在CaSO4(010)表面在不同反應(yīng)溫度下aRDG散點(diǎn)圖Fig.4 The aRDG scatter maps of CO adsorption on CaSO4(010) surface at different temperatures(a) 1123 K； (b) 1173 K； (c) 1223 K

2.2 不同熱解燃料氣體分子在CaSO4(010)表面的吸附擴(kuò)散特性

為進(jìn)一步研究化學(xué)鏈燃燒燃料反應(yīng)器中固體燃料熱解產(chǎn)生的不同燃料氣體在CaSO4(010)表面的吸附擴(kuò)散性質(zhì)，選取了CO、CH4、H23種典型燃料氣體進(jìn)行模擬分析，其能量概率分布如圖5所示。H2與CaSO4(010)表面的作用能均分布于橫坐標(biāo)軸的0點(diǎn)附近，表明H2吸附于CaSO4(010)表面所釋放能量較?。欢鳦H4的庫侖作用能幾乎分布在接近于橫坐標(biāo)軸0點(diǎn)處，非鍵相互作用能分布于橫坐標(biāo)軸-50～0處。相較于CO的能量分布，反應(yīng)溫度為1173 K時(shí)H2與CH4能量曲線峰面積小于CO，即表明H2、CH4與CaSO4(010)表面的作用能較弱，進(jìn)而可知H2、CH4與CaSO4(010)表面的非鍵相互作用主要為范德華作用，二者在表面的吸附為物理吸附。根據(jù)圖6的垂直方向氣體密度分布可知：CaSO4(010)表面對CH4的吸附能力較弱，在吸附層吸附的CH4分子數(shù)量遠(yuǎn)低于吸附的CO分子數(shù)量，大部分CH4分子均分布于體相層；CaSO4(010)表面對H2吸附能力最弱，H2在吸附層中物質(zhì)的量最小，在體相層中最多，因此相對于吸附層，體相層中H2的體積占比更高。3種氣體分子所處的吸附體系中，吸附層與體相層的分層點(diǎn)仍為距離 CaSO4(010) 表面約0.66 nm處。

圖5 不同燃料氣體在CaSO4(010)表面的能量概率分布圖Fig.5 Energy probability distribution of different fuel-gases adsorption on CaSO4(010)(a) Coulomb interaction; (b) Non-bond interaction

圖6 不同燃料氣體吸附于CaSO4(010)垂直方向密度分布Fig.6 Vertical density distribution of the different fuel-gases adsorption on CaSO4(010)(a) Mass; (b) Amount of substance

由表1可知，CH4與H2在xy平面方向的擴(kuò)散系數(shù)均大于CO，表明二者在橫向的擴(kuò)散能力較強(qiáng)。其原因主要由于2個(gè)方面：一方面，被吸附的分子越多，其在擴(kuò)散時(shí)受到的阻礙碰撞越多，使其擴(kuò)散系數(shù)下降；另一方面，根據(jù)理想氣體動(dòng)力理論，氣體分子的直徑越小，質(zhì)量越小，擴(kuò)散系數(shù)越大。因此，三者的擴(kuò)散能力由大到小依次為：H2、CH4、CO。

反應(yīng)溫度為1173 K時(shí)，CH4和H2在CaSO4(010)表面的aRDG散點(diǎn)圖如圖7所示。通過對比反應(yīng)溫度為1173 K時(shí)3種燃料氣體的aRDG散點(diǎn)圖(圖7和圖4)可知，CH4的靜電作用要低于CO；而H2的位阻作用在3種燃料氣體中最大，CH4次之，因此CO與CaSO4(010)表面結(jié)合較為緊密。

圖7 在CaSO4(010)表面1173 K下aRDG散點(diǎn)圖Fig.7 The scatter maps of aRDG at 1173 K(a) CH4; (b) H2

3 結(jié) 論

為了研究固體燃料化學(xué)鏈燃燒中熱解所產(chǎn)生的燃料氣體在CaSO4載氧體(010)表面的吸附擴(kuò)散機(jī)理，選取CO作為典型燃料氣體，研究了其在反應(yīng)溫度為1123～1223 K時(shí)的吸附擴(kuò)散特性，并與H2、CH4在反應(yīng)溫度為1173 K時(shí)進(jìn)行對比分析。結(jié)論如下：

(1)CO物理吸附于CaSO4(010)表面，其吸附強(qiáng)度隨溫度的升高而降低，而其在平行于表面方向的擴(kuò)散特性隨反應(yīng)溫度的升高而升高，符合分子碰撞理論；吸附層與體相層的分層點(diǎn)為距離CaSO4(010)表面約0.66 nm處；

(2)aNCI分析表明，靜電作用主導(dǎo)的弱相互作用造成了CO穩(wěn)定吸附在CaSO4(010)表面，溫度升高導(dǎo)致二者吸附作用減弱。

(3)與H2、CH4相比，CO最易被CaSO4(010)表面吸附，其在吸附層中含量最高，而H2最容易擴(kuò)散，其在體相層中占比最大，該現(xiàn)象符合分子碰撞理論與理想氣體動(dòng)理論；同時(shí)CH4較弱的靜電作用與H2較強(qiáng)的位阻作用，導(dǎo)致了二者的吸附能力低于CO。