مطالعه آزمایشگاهی و محاسباتی تعادل جذب دی اکسیدکربن بر نانولوله های کربنی تک جداره عامل دار

در این پژوهش، به مطالعه آزمایشگاهی و شبیه‎سازی مولکولی جذب گازهای گلخانه‎ای از قبیل دی‎اکسیدکربن و دی‎اکسیدگوگرد بر جاذب های کربنی (گرافیت و نانولوله‎های کربنی تک‎جداره) پرداخته شده‎است. در بخش آزمایشگاهی، هم‎دماهای جذب دی‎اکسیدکربن خالص بر نانولوله‎های کربنی بدون گروه عاملی و عامل‎دار (شامل 73/2 درصدوزنی گروه عاملی کربوکسیلی) در دو دمای 298 و 313 کلوین به‎دست آمد. مطابق نتایج، جذب دی‎اکسیدکربن بر نانولوله‎های کربنی ساده و عامل‎دار در دمای 298 کلوین و فشار 3 بار، حدود 1/2 میلی‎مول بر گرم جاذب می‎باشد. بنابراین، حضور 73/2 درصد وزنی گروه عاملی کربوکسیلی تاثیر چندانی بر میزان جذب و رفتار هم‎دماهای جذب دی‎اکسیدکربن بر نانولوله‎ کربنی ندارد. در بخش محاسباتی، از روش شبیه‎سازی مولکولی مونت‎کارلوی بندادی بزرگ (gcmc ) برای بررسی فرایند جذب سطحی دی اکسیدکربن و دی اکسیدگوگرد خالص و مخلوط دوتایی آنها بر گرافیت و نانولوله‎ استفاده شد. در بررسی جذب بر نانولوله‎، شبیه‎سازی‎ها بر اساس دو الگوی: 1) جذب درون و 2) جذب همزمان درون و بیرون نانولوله انجام شد. در این شبیه‎سازی‎ها تأثیر دما، غلظت گروه های عاملی جاذب، نوع میدان نیروی مولکول های جذب شونده، نوع جاذب (گرافیت یا نانولوله) و قطر نانولوله بر میزان جذب و رفتار هم دمای جذب مورد مطالعه قرارگرفت. مطابق نتایج، با افزایش دما میزان جذب بر نانولوله و گرافیت کاهش می یابد. برای جذب درون نانولوله (الگوی اول) غلظت گروه های عاملی بر میزان و رفتار جذب بی تاثیر می باشد. برای جذب مولکول ها همزمان درون و بیرون نانولوله (الگوی دوم) با افزایش غلظت گروه های عاملی در فشارهای پایین، میزان جذب، به‎ویژه برای دی‎اکسیدگوگرد، افزایش می یابد. به‎عنوان مثال، در فشار 3 بار، میزان جذب دی‎اکسیدگوگرد بر نانولوله کربنی عامل‎دار (شامل 19/8 درصد کربوکسیل)، در مقایسه با نانولوله بدون گروه عاملی، 22/42 درصد بیشتر می‎باشد. درحالی که در فشارهای بالا، همراه با افزایش میزان مولکول های جذب شده، نقش گروه های عاملی کم می شود. مقایسه هم دماهای جذب مولکول های دی اکسیدکربن و دی اکسیدگوگرد با دو مدل پتانسیل کروی و غیرکروی نیز حساسیت بالای نتایج شبیه سازی را نسبت به نوع میدان نیرو تائید کرد. همچنین نتایج نشان داد که قطر نانولوله نقش مهمی بر میزان جذب و سازوکار جذب درون نانولوله ایفا می کند. در ادامه این تحقیق، میزان جذب و انتخاب پذیری دی اکسیدکربن و دی اکسیدگوگرد در سامانه های دوتایی دی اکسیدکربن/دی اکسیدگوگرد بر نانولوله و گرافیت شبیه‎سازی شد و تاثیر دما، کسرمولی دی اکسیدکربن و قطر نانولوله بر انتخاب پذیری دی اکسیدگوگرد موردمطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد که با افزایش کسرمولی دی اکسیدکربن، انتخاب‎پذیری دی‎اکسیدگوگرد افزایش می‎یابد، درحالی‎که افزایش دما و قطر نانولوله منجر به کاهش انتخاب پذیری دی اکسیدگوگرد می‎شوند. از مقایسه نتایج شبیه سازی جذب آرگون، دی‎اکسیدکربن و دی اکسیدگوگرد خالص بر گرافیت با نتایج آزمایشگاهی به دست آمده برای این سامانه‎ها توسط دیگر محققان برای تائید برنامه شبیه سازی توسعه داده شده، استفاده شد. نتایج شبیه سازی و آزمایشگاهی به دست آمده در این مطالعه برای جذب سامانه خالص دی اکسیدکربن بر نانولوله کربنی تک جداره در دو دمای 298 و 313 کلوین نیز از توافق بالایی برخوردار بود.