مدل سازی فرایند تشکیل نانوساختارهای کربنی با استفاده از روش شبیه سازی دینامیک مولکولی

جاذب های کربنی از جمله مواد پر کاربرد در سیستم های جداسازی مایع و گاز هستند. دسترسی آسان، قیمت مناسب و خواص ساختاری منحصر به فرد آن ها سبب شده که از موقعیت اقتصادی و کاربردی ویژه ای برخوردار باشند. مطالعات تئوری و آزمایشگاهی بسیار زیادی در زمینه ی خواص جاذب های کربنی انجام شده است. ولی همچنان انگیزه برای دریافت اطلاعات ساختاری، فیزیکی و شیمیایی این جاذب ها با جزئیات بیشتر وجود دارد. شبیه سازی مولکولی معبری مناسب برای دستیابی به این اطلاعات در مقیاس های مولکولی است. در این پژوهش با استفاده از روش شبیه سازی دینامیک مولکولی، فرایند نشست کربن روی بستر کربن فعال به منظور تولید غربال مولکولی کربنی همراه با تأثیر دمای نشست ( k773، k 973 و k 1273) روی ساختار حاصل مورد بررسی قرار گرفته است. در ادامه میزان جذب دو گاز اکسیژن و نیتروژن بر روی ساختار اولیه و ساختار حاصل پس از نشست کربن شبیه سازی شده و توانایی جاذب غربال مولکولی کربنی ساخته شده بر اثر نشست کربن در جداسازی دو گاز اکسیژن و نیتروژن که دارای قطرهای مولکولی بسیار نزدیک به هم هستند (قطر مولکولی نیتروژن برابر ? 64/3 و قطر مولکولی اکسیژن برابر ? 46/3 است.) مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بدست آمده از شبیه سازی نشان می دهد سینتیک نشست کربن بر روی جاذب غربال مولکولی کربنی اولیه از مدل سینتیکی شبه درجه دو پیروی می کند و میزان نشست کربن بر روی بستر اولیه، در دمای بالاتر بیشتر از میزان نشست کربن در دمای پایین تر است و به عبارتی فرایند نشست کربن، گرماگیر می باشد. علاوه براین، مقادیر بدست آمده برای تغییرات انرژی آزاد گیبس و تغییرات آنتروپی نشان می دهند فرایند در دمای عملیاتی به صورت خودبه خودی صورت می-گیرد. از سوی دیگر نتایج بدست آمده از جذب گازهای اکسیژن و نیتروژن بر روی بستر کربنی حاکی از این واقعیت است که در اثر نشست کربن روی بستر کربن فعال، انتخاب گری سینتیکی اکسیژن بیشتر از نیتروژن در جاذب حاصل بوده که بیان گر خاصیت غربال گری ساختار حاصل می باشد. این در حالیست که میزان جذب اکسیژن و نیتروژن در ساختار اولیه با گذشت زمان با یکدیگر برابر است و هیچگونه جداسازی ای صورت نمی گیرد. میزان جذب محاسبه شده برای هر دو گاز اکسیژن و نیتروژن، بر روی ساختار اولیه و ساختار حاصل پس از نشست کربن از ایزوترم لانگمویر پیروی می کند. علاوه براین ضریب نفوذ اکسیژن با قطر سینتیکی کوچک تر بیشتر از ضریب نفوذ نیتروژن با قطر بزرگ تر بدست آمد. نتایج حاصل با مشاهدات تجربی هم خوانی قابل قبولی دارند.