第17卷第6期2005年11月

化　学　进　展

PROGRESSINCHEMISTRY

Vol.17No.6

　Nov.,2005

分子模拟在超临界流体领域中的应用

张　阳　杨基础

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　于养信　李以圭

(清华大学化学工程系　北京100084)

摘　要　分子模拟作为一种全新的研究手段已经在化学、化工、材料、生物等领域受到了广泛的关注。

特别是在超临界流体技术方面,其应用不但可以获得许多结构、传递以及热力学信息,而且可以部分取代昂贵的超临界实验。本文从超临界流体在主体相和受限空间中的特性以及超临界萃取、反应等几个方面对现有的分子模拟方法和成果进行总结与评述,并对进一步发展的方向和面临的困难进行了讨论。

关键词　分子模拟　超临界流体　受限空间　萃取

中图分类号:O641.12　文献标识码:A　文章编号:1005-281X(2005)06-0955-08

MolecularSimulationandItsApplicationsintheFieldofSupercriticalFluids

ZhangYang　YangJichu　YuYangxin　LiYigui

(DepartmentofChemicalEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)

Abstract　Asanewlydevelopedtechnique,molecularsimulationhasbeenwidelyusedinchemistry,chemical

engineering,materialsscience,biologyandmanyotherfields.Applyingthismethodtothestudyonsupercriticalfluids,researchersnotonlygetinformationonthestructuralandthermodynamicproperties,butalsoovercomethedifficultiesintheexperimentsunderhighpressureandtemperature.Thesimulationmethodsandresultsofpuresupercriticalfluidsinbulkandconfinedspace,supercriticalextractionandreactionarereviewedinthisarticle.Thenewtrendsanddifficultiesinthesefieldsarealsodiscussed.

Keywords　molecularsimulation;supercriticalfluids;confinedgeometry;extraction

不断涌现

[4—6]

＊＊

。

一、引　言

随着计算机技术的高速发展,分子模拟已经成为除实验、理论研究外的一种全新而独特的研究手段

[1—3]

超临界流体(SCF)技术作为一项全新的化工技术,从理论研究、工程应用及发展方向上近年来得到科研工作者们的广泛关注等是该领域内的应用热点中

[12—15]

[7]

。其中中药萃取、重金。各种状态方程也不

。其结果既可以用于检验统计力学理论的合

属回收、超细粒子制备、复合材料合成和超临界反应

[8—11]

理性,又可研究微观作用力对宏观性质的影响,还能

[3]

分析和预测新的热力学现象。在近半个世纪的发展过程中,分子模拟从最初的硬球流体、惰性气体等小分子模拟到现阶段生物大分子、半导体材料的模拟;从早期的半定量模拟到现在的精确定量模拟;从早期的验证性模拟到现阶段的预测性计算,可以说其发展速度是相当惊人的。除每年数以千计的研究论文外,对分子模拟进行算法和应用介绍的专著也

　　收稿:2004年10月,收修改稿:2004年12月　＊国家自然科学基金资助项目(No.20176020)＊＊通讯联系人　e-mail:yjc-dce@

断应用于超临界混合流体体系的相平衡计算当

。特别是近年来,分子模拟方法被广泛应用

[1,3]

于超临界流体的研究中,从而有效地克服了实验测定的困难,且具有巨大的经济潜力

。

常用的分子模拟方法主要包括计算量子化学、蒙特卡洛(MC)模拟和分子动力学(MD)模拟。其中

第一种方法属于量子力学层次,通过求解体系的薛