1.一种分析污染物在多孔碳材料孔隙中扩散性能的模拟方法,其特征在于,包括以下步骤:①构建碳材料模型并进行几何优化,以无定形碳为初始结构,并建立孔道,按多种孔道变量的不同分为多组碳材料模型;
②计算步骤①得到的碳材料模型的自由体积;
③构建碳材料-吸附质液相体系并进行几何优化,在碳材料模型的孔道中放入由步骤②计算得到的水分子数量和根据真实污染物浓度计算得到的吸附质分子数量,并对其进行几何优化,找到局部最优构象;
④对碳材料-吸附质液相体进行系模拟退火处理,得到全局最优构象;
⑤对全局最优构象进行动力学弛豫模拟;
⑥分析扩散系数,根据步骤⑤中的动力学弛豫模拟所输出的分子动力学轨迹,计算均方位移,采用聚类分析方法得到扩散系数。
2.根据权利要求1所述的分析污染物在多孔碳材料孔隙中扩散性能的模拟方法,其特征在于:所述步骤①中,碳材料模型分组按单一孔径大小不同、不同孔径大小排列比例不同、孔道连接方式不同、孔道长度不同、孔道截面形状不同和孔道弯曲程度不同6种方式进行。
3.根据权利要求1所述的分析污染物在多孔碳材料孔隙中扩散性能的模拟方法,其特征在于,所述步骤①和③中几何优化的具体方法是:首先采用最速下降法,当模型的体系能量下降到10Kcal/mol时,其优化方法由最速下降法转变为共轭梯度法或牛顿法进行更精确的优化,直至体系的能量收敛至1*10-5Kcal/mol。
4.根据权利要求1所述的分析污染物在多孔碳材料孔隙中扩散性能的模拟方法,其特征在于:所述步骤②在计算自由体积时,以动力学直径为3.0埃的水分子为探针分子,并用碰撞半径Rp=1.5埃的硬球表示,将此硬球探针对碳材料模型进行逐步扫描,硬球可接近的部分则认为有孔洞的存在,既为自由体积,其中设定网格间距为1埃,以确保精度。
5.根据权利要求1所述的分析污染物在多孔碳材料孔隙中扩散性能的模拟方法,其特征在于,所述步骤④的具体方法是:对步骤③中得到的碳材料-吸附质液相体系循环进行
10次300K-500K的NVT系综退火处理,寻找10次循环中总能量最低的构象,作为全局最优构象。
6.根据权利要求1所述的分析污染物在多孔碳材料孔隙中扩散性能的模拟方法,其特征在于,所述步骤⑤中对全局最优构象进行动力学弛豫模拟的具体方法是:在温度300K、压力为0.1MPa下先采用NPT系综,计算完成后,再采用NVT系综对步骤④中退火后的全局最优构象进行动力学模拟。
7.根据权利要求1所述的分析污染物在多孔碳材料孔隙中扩散性能的模拟方法,其特征在于:所述步骤①中的碳材料模型中,所有碳原子按真实碳材料测定的杂质成分和比例随机置换成杂质元素。
8.根据权利要求1至7任一权利要求所述的分析污染物在多孔碳材料孔隙中扩散性能的模拟方法,其特征在于:所述吸附质使用CH4分子。