طراحي و شبيه سازي ساختاري نانو غشا براي جداسازي گاز: روش ديناميك مولكولي

كارشناسي ارشد

امروزه بسياري از مسائل از جمله مسائل زيست‌ محيطي منجر به تلاش فراواني ازسوي پژوهشگران به‌ منظور جداسازي آلاينده‌هاي گازي با استفاده از روش‌هاي مختلف شده‌است. فناوري غشايي نيز يكي از اين روش‌ها است. در سال‌هاي اخير در بسياري از تحقيقات محاسباتي و تجربي طراحي غشاهاي مناسب براي جداسازي گازها به ‌دليل مصرف انرژي كم‌تر و عملكرد بالاتر مورد توجه قرار گرفته است. مطالعات مختلفي بر روي غشاهاي گرافني به ‌منظور كاربرد در جداسازي و انتخاب پذيري بهتر گازها صورت‌گرفته است. در اين پژوهش، نانو غشايي با صفحه گرافن طراحي‌شده است و با استفاده از روش محاسباتي شبيه‌سازي ديناميك مولكولي، جداسازي گازهاي كربن دي‌اكسيد، اكسيژن و متان مورد بررسي قرار گرفت. به ‌منظور طراحي غشا مناسب حفره¬هايي درون غشا ايجاد كرده و به بررسي اثر شعاع حفره، مكان حفره، راستاي قرارگيري غشا، تعداد غشا و اثر دما بر جداسازي گازهاي مورد استفاده در شبيه‌سازي مي‌پردازيم. مشاهده شد با افزايش شعاع حفره‌ها، پس‌ از تعادل سامانه در دماي 300 كلوين و اعمال فشار 5000 پاسكال بر پيستون، نفوذ¬پذيري گازها افزايش مي‌يابد. علاوه ‌بر اين با افزايش تعداد غشاها به دو غشا با فاصله لايه¬ا ي 3.5 آنگسترم به بررسي اثر فاصله جابجايي دو حفره در غشاها پرداختيم. نتايج به ‌دست ‌آمده نشان مي‌دهد كه عملكرد جداسازي گازها با افزايش تعداد غشا بهبود مي‌يابد. همچنين در فاصله جابجايي صفر آنگسترم بهترين كارايي، مربوط به غشا با شعاع حفره¬ي 4.0 آنگستروم و در فاصله جابجايي 1.5 آنگستروم مربوط به غشا با شعاع حفره¬ي 4.5 آنگستروم مي‌باشد. با تغيير راستاي قرارگيري غشا از راستاي z به راستاي y فرآيند جداسازي گاز اكسيژن عملكرد بهتري دارد. در بررسي اثر تغيير دما، دماي تعدادي از سامانه‌ها را از 300 كلوين به 270 و 330 كلوين تغيير داديم و متوجه كاهش عملكرد جداسازي در اين دماها شديم. بنابراين به‌ صورت كلي مي‌توان گفت بهترين دما جهت جداسازي در دماي 300 كلوين مشاهده شده‌ است.

231279

دانشگاه اصفهان

فيزيك - فيزيك ماده چگال

امير لهراسبي