دفاعیه دکترا در دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز

مهندس بهنوش برزگر دانشجوی دوره دکتری مهندسی شیمی، به صورت حضوری در ساعت۱۶:۰۰ روز سه شنبه ۱۳ دی ماه ۱۴۰۱، کلاس ۱۳۶ در دانشکده مهندسی شیمی، از رساله خود با عنوان " شبیه¬سازی دینامیک مولکولی جذب دی‌اکسید کربن از گاز طبیعی توسط نانولوله‌های کربنی و غربال مولکولی کربنی" با راهنمایی خانم دکتر فرزانه فیضی دفاع خواهد نمود.

 
چکیده:

در این پژوهش سه نوع ساختار کربنی طراحی‌شده و جذب گاز تک جزئی CO۲، CH۴ و N۲ و مخلوط گاز دوتایی CO۲/CH۴ و CO۲/N۲ که به ترتیب دارای درصد مولی ۹۵/۵ و ۸۰/۲۰ هستند، از طریق شبیه‌سازی GCMC در دمای K ۳۰۰ و بازه فشاری bar ۱۰-۱/۰ مورد بررسی قرار گرفت. در ساختار¬های طراحی‌شده نوع اول، از بسته¬های نانولوله کربنی (CNTs) به‌عنوان حامل چهار نوع مایع یونی (ILs) ۱-Butyl-۳-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([BMIM][TF۲N])، ۱-Butyl-۳-methylimidazolium hexafluorophosphate ([BMIM][PF۶])، methylimidazolium thiocyanate ([BMIM][SN]) و methylimidazolium methyl sulfate ([BMIM][MeSO۴]) استفاده شد. در این بخش به بررسی اثر نوع آنیون و تعداد جفت مولکول¬های مایعات یونی اضافه‌شده به ساختار بسته¬های CNTs بر جذب و جداسازی CO۲ پرداخته شد. نتایج حاکی از آن بود که افزایش تعداد مولکول¬های ILs در کامپوزیت¬ها سبب افزایش جداسازی می¬شود. همچنین، گرمای ایزوستریک جذب و کمیت¬های ترمودینامیکی نشان از تمایل بالای کامپوزیت¬های حاوی ILs به جذب CO۲ داشتند. در ساختارهای طراحی‌شده نوع دوم، از CNT بکر و CNT عامل دار شده (F-CNT) با گروه¬های عاملی -NH۲ و -COOH به‌عنوان پرکننده در ساختار سلولز استات بوتیرات (CAB) استفاده شد. ایزوترم¬های جذب، گزینش پذیری و گرمای ایزوستریک محاسبه شدند که نشان داد CNT و F-CNTs جذب انتخابی CO۲ را در بین گازهای CH۴ و N۲ فراهم می‌کنند. علاوه بر این، پارامترهای ترمودینامیکی و ثابت هنری (KH) محاسبه شد که نشان می‌دهد CH۴ و N۲، KH کمتری نسبت به CO۲ دارند و میل ترکیبی آن‌ها برای سطوح کامپوزیت ضعیف‌تر است. در مقایسه با CH۴ و N۲، CO۲ دارای تغییرات انرژی آزاد گیبس و پتانسیل سطحی بالاتری است که نشان می‌دهد جذب CO۲ در کامپوزیت‌ها مطلوب‌تر و خودبه‌خود است. علاوه بر این، تغییر انتروپی بالاتر جذب CO۲ نشان می‌دهد که مولکول‌های CO۲ یک بازآرایی بسیار پایدارتر در مقایسه با مولکول‌های CH۴ و N۲ ایجاد می‌کنند. ساختار طراحی‌شده سوم، با استفاده از تجزیه حرارتی سلولز حاصل شد که شامل ده غربال مولکول کربنی (CMS) با دانسیته¬های مختلف است. بیشترین میزان جذب CO۲ مربوط به CMS با دانسیته g/cm۳ ۳۵۱/۰ بود. ثابت هنری برای CH۴ و N۲ کوچک‌تر از CO۲ بود و میل ترکیبی آن‌ها برای سطوح CMS ضعیف‌تر از CO۲ بود. کمیت¬های ترمودینامیکی محاسبه شد که نشان داد با افزایش دانسیته CMS مقدار جذب CH۴ و N۲ کاهش می‌یابد. انرژی آزاد گیبس و پتانسیل سطحی CO۲ خالص بالاتر نشان دهنده آن بود که جذب CO۲ در CMSs مطلوب‌تر و خودبه‌خودی‌تر از CH۴ و N۲ است. تغییر انتروپی بالاتر جذب CO۲ گازهای تک جزئی و مخلوط‌های گازی دوتایی نشان داد که مولکول‌های CO۲ یک بازآرایی بسیار پایدارتر از CH۴ و N۲ را تشکیل می‌دهند. با توجه به آنچه گفته شد، با بهره‌گیری از خواص عالی CNTs در جداسازی گازها می¬توان ساختارهایی با توانایی جذب بالای CO۲ ساخت. همچنین با استفاده از آذرکافت سلولز به‌عنوان ماده¬ای ارزان و در دسترس می¬توان به ساختاری اقتصادی با قدرت جذب بالا دست یافت.
واژه‌های کلیدی: جذب سطحی CO۲، نانولوله کربنی، غربال مولکول کربنی، ترمودینامیک جذب سطحی، شبیه¬سازی مولکولی.