23949

PHY2 789

كارشناسي ارشد

فيزيك - فيزيك ماده چگال

فيزيك

1403/06/26

106 ص.

امير لهراسبي

جداسازي گاز , شبيه سازي ديناميك مولكولي , غشا , شعاع حفره , دما , فشار

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.

همدم نوروزي

Gas separation , Molecular dynamics simulation , Membrane , Hole radius , Temperature , Pressure

Nano-membrane structural design and simulation for methane gas separation: molecular dynamics method

فيزيك ماده چگال

Today, many issues, including environmental issues, have led to a lot of effort by researchers to separate gaseous pollutants using different methods. Membrane technology is one of these methods. In recent years, in many computational and experimental researches, the design of suitable membranes for gas separation has been considered due to lower energy consumption and higher performance. Various studies have been conducted on graphene membranes in order to use them in the separation and better selectivity of gases. In this research, a nano-membrane with a graphene sheet was designed, and the separation of carbon dioxide, oxygen and methane gases was investigated using the computational method of molecular dynamics simulation. In order to design a suitable membrane, we create holes in the membrane and investigate the effect of hole radius, hole location, membrane orientation, number of membranes, and the effect of temperature on the separation of gases used in the simulation. It was observed that by increasing the radius of the holes, after balancing the system at a temperature of 300 K and applying a pressure of 5000 pascal on the piston, the gas permeability increases. In addition, by increasing the number of membranes to two membranes with a layer distance of 3.5 angstroms, we investigated the effect of displacement distance of two holes in the membranes. The obtained results show that the performance of gas separation is improved by increasing the number of membranes. Also, in the displacement distance of 0 angstroms, the best efficiency is related to the membrane with a cavity radius of 4.0 angstroms, and in the displacement distance of 1.5 angstroms, it corresponds to the membrane with a cavity radius of 4.5 angstroms. By changing the orientation of the membrane from the z direction to the y direction, the oxygen gas separation process has a better performance. In investigating the effect of temperature change, we changed the temperature of a number of systems from 300 K to 270 and 330 K and noticed a decrease in separation performance at these temperatures. Therefore, in general, it can be said that the best temperature for separation is observed at 300 K.

3

76133