محاسبه و بررسی نفوذ گازهای نیتروژن و مونوکسیدکربن در زئولیت itq-7 به روش شبیه سازی دینامیک مولکولی

در این پایان نامه از روش شبیه سازی دینامیک مولکولی برای مطالعه ی نفوذ مولکول های نیتروژن و مونوکسیدکربن در زئولیت ‏itq-7‎‏ با ‏کد ‏isv‏ و فرمول شیمیایی ‏ ‏ استفاده شده است. دینامیک مولکولی روشی برای شبیه‏سازی رفتار ترمودینامیکی مواد در سه ‏فاز جامد، مایع وگاز با استفاده از نیروها، سرعت‏ها و مکان ذرات است. در بین این عوامل، نیرو مهم‏ترین عامل است. در شبیه‏سازی ‏دینامیک مولکولی کلاسیک، نیرو از پتانسیل کلاسیک بدست می‏آید. شبیه سازی ها در بارگذاری های 4، 6، 8، 10، 12، 14، 16 ، 18 و 20 ‏مولکول بر سلول واحد نیتروژن و4، 8، 12 و 20 مولکول بر سلول واحد مونوکسیدکربن و در دماهای 200، 298، 400، 500، 600 و 700 ‏کلوین انجام شدند. هدف از این شبیه‏سازی‏ها، مقایسه‏ی نفوذ گازهای نیتروژن و مونوکسیدکربن و همچنین مطالعه‏ی کمیت هایی مانند ‏انرژی جذب، میانگین مربع جابجایی، ضریب نفوذ، تابع توزیع شعاعی و انرژی اکتیواسیون است. در تمامی شبیه سازی های انجام شده، فشار ‏برابر باbar‏0/1 و گام زمانی هر سیستم در طی شبیه‏سازی ‏ps‏ 0/001 قرار داده شد. ابتدا شبیه سازی ها برای هر بارگذاری در مجموعه ‏کانونیکال در شش دمای مختلف با نرم افزار ‏dl poly2‎‏ در طی ‏ns‏1 (‏ ‏100000) انجام شد تا سیستم‏ها به تعادل برسند. سپس ‏برای بدست آوردن خواصی که در بالا ذکر شد، هر یک از سیستم‏های به تعادل رسیده درمجموعه میکرو کانونیکال در طی ‏ ‏1 (‏step‏ ‏‏100000) شبیه سازی شد. با رسم منحنی های میانگین مربع جابجایی مستخرج از داده های فایل ‏history‏ مشاهده می شود که بطور کلی در ‏تمامی بارگذاری‏ها با افزایش دما شیب منحنی‏ها افزایش می‏یابد. ضرایب نفوذ در بارگذاری ها و دماهای مختلفی محاسبه شدند و همانطور ‏که انتظار می رفت این ضرایب با افزایش دما، روند صعودی و با افزایش بارگذاری، روند نزولی دارند . همچنین مشاهده شد که ضرایب ‏نفوذ گاز مونوکسیدکربن به مقدار جزئی کمتر از گاز نیتروژن می‏باشد که به دلیل ممان دو قطبی جزئی مونوکسیدکربن است که از نفوذ ‏بیشتر جلوگیری می‏کند. انرژی های اکتیواسیون به دست آمده از معادله ی آرنیوس برای تمامی بارگذاری ها مقدار تقریباً یکسانی داشت و ‏این دلالت بر آن دارد که ضرایب نفوذ وابستگی بیشتری به دما و وابستگی کمتری به بارگذاری نشان می دهند. توابع توزیع شعاعی ‏سایت های اتمی گوناگون در دماها و بارگذاری های مختلف بدست آمدند که بیشترین تغییرات در سایت نیتروژن- نیتروژن مشاهده شد. ‏انرژی های جذب به ازای یک مولکول نیتروژن و یک مولکول مونوکسیدکربن در زئولیت ‏itq-7‎‏ بر حسب تعداد مولکول ها در سلول ‏واحد و در دماهای مختلف محاسبه شدند. مشاهده می شود با افزایش دما در یک بارگذاری ثابت ، انرژی جذب ، به سمت مقادیر کمتر ‏میل می کند. ‏ ‏