كليدواژه :
شبيه‌سازي ديناميك مولكولي , نانولوله كربني , آب استون , پتانسيل نيروي متوسط , جداسازي
چكيده فارسي :
در بسياري از فرايندهاي صنعتي، حلّال استون به نسبت‌هاي مختلف با آب مخلوط مي‌شود و جداسازي اين مخلوط‌ها بدون صرف هزينه و انرژي زياد ممكن نيست. امروزه پژوهشگران در پي يافتن روش‌هايي هستند كه بدون صرف انرژي زياد، امكان جداسازي كامل‌تر و بهتر حلّال‌ها فراهم شود. لذا با توجه به اهميت فرايندهاي جداسازي حلّال‌هاي مختلف از همديگر و استفاده دوباره از آنها در صنعت، در اين پژوهش براي اولين بار شبيه‌سازي ديناميك مولكولي جداسازي مخلوط آب- استون با استفاده از نانولوله‌هاي كربني صندلي‌شكل انجام شد. به‌منظور جداسازي مخلوط آب- استون نانولوله‌هاي كربني صندلي‌شكل با كايراليته (5،5) و (6،6) استفاده شد كه در واقع نانولوله‌هاي كربني به‌عنوان فيلتر جداكننده براي مخلوط آب- استون عمل كردند. براي اين منظور از روش شبيه‌سازي ديناميك مولكولي استفاده شد. همچنين فشار هيدرواستاتيك، به‌عنوان يك نيروي خارجي، به سيستم مورد نظر اعمال شد تا گونه‌هاي موجود در سيستم با عبور انتخاب‌پذير از داخل نانولوله‌ها از همديگر جدا شوند. نتايج شبيه‌سازي نشان داد كه با تغيير نوع نانولوله، فرايند جداسازي اين مخلوط، رفتار متفاوتي نشان مي‌دهد، به‌طوري كه با استفاده از نانولوله‌هاي كربني (5،5) با قطر كوچك‌تر، جداسازي كامل اين مخلوط انجام شد، در حالي كه در حضور نانولوله‌هاي كربني (6،6) با قطر بزرگ‌تر، جداسازي به صورت كامل انجام نشد و از هر دو حلّال به نسبت‌هاي مختلف از اين نوع نانولوله عبور كردند كه مطلوب نبود. براي درك بهتر نتايج و تفسير آنها، برخي آناليزها شامل مقدار عبوري مولكول‌هاي آب و استون، پروفايل دانسيته، پتانسيل نيروي ميانگين، زمان بازداري و پيوندهاي هيدروژني بين گونه‌هاي سيستم نيز استخراج شد. با توجه به نتايج اين پژوهش، از نانولوله‌هاي كربني با قطر مناسب براي جداسازي برخي مخلوط‌هاي آبي از جمله مخلوط آب- استون مي‌توان استفاده كرد و به گونه‌هاي خالص هر يك از حلّال‌ها دست يافت كه اين امر باعث استفاده مجدد از آنها و صرفه‌جويي در هزينه‌ها خواهد شد.
چكيده لاتين :
In many industrial processes, the acetone solvent is mixed with water in various proportions, and it is not possible to separate these mixtures without consuming a great deal of cost and energy. Nowadays, scientists are looking at some methods to separate solvents more efficiently without consuming too much energy. Therefore, given the importance of different solvent separation processes and their reuse in industry, in this research, for the first-time molecular dynamics simulation of water-acetone mixture separation using armchair carbon nanotube was performed. To separate the water-acetone mixture, the (5,5) and (6,6) armchair carbon nanotube was used so that these nanotubes acted as a separator filter for the water-acetone mixture. For this, we used molecular dynamics simulation method. Also, the hydrostatic pressure, as an external force, was applied to the desired system to separate water and acetone from each other with selectively passing them through the nanotubes. The results showed that by changing the type of the nanotube, the process of separating this mixture showed a different behavior; so that, this mixture was completely separated using the (5,5) carbon nanotube with small diameter, while in the presence of (6.6) carbon nanotube with large diameter, the separation was not complete and both solvents passed through this type of nanotube in different proportions, which was not desirable. To better understand the results and their interpretation, some analyses including the permeated water or acetone molecules through nanotubes, the density profile, the potential of the mean force, retention time, and hydrogen bonds of the system were also extracted. According to the results of the present study, armchair carbon nanotubes with suitable diameter can be used for separation of some aqueous mixtures, including water-acetone mixture, which will enable us to obtain pure species of each solvent, allowing them to be reused and save costs.
