بررسی جذب فیزیکی گازهای زیستی توسط چارچوب های آلی فلزی با استفاده شبیه سازی مولکولی

چکیده زیست توده از جمله منابع تجدیدپذیر انرژی به شمار می آید که توانایی آن را دارد تا در آینده به نیاز جامعه بشری پاسخ دهد. زیست گاز به طور عمده از 70-50% متان، 40-30% کربن دی اکسید و مقادیر کمی از گازهای دیگر تشکیل شده است. ارزش گرمایی زیست گاز مربوط به گاز متان است. حذف کربن دی اکسید و هیدروژن سولفید به میزان قابل توجهی، محتوای انرژی و کیفیت زیست گاز را افزایش می دهد. جذب، ذخیره-سازی و جداسازی ارزان و امن این گازها هنوز به عنوان چالشی مهم باقی مانده است. mof ها دسته ی جدید از جاذب های نانو-متخلخل هستند که به تازگی برای ذخیره سازی و جداسازی گازها و بهره برداری از انرژی و اصلاح محیط زیست مناسب تشخیص داده شده اند. جداسازی گازهای h2s و co2 از ch4 به دلیل اشتعال پذیری متان، هم چنین جداسازی h2s و co2 از یکدیگر و نیز بررسی جذب سطحی هریک از این سه گاز در حالت خالص روی mil-47 از اهداف مهم این پایان نامه است. شبیه سازی gcmc در دمای k 15/298 و فشار atm 30-1/0 برای محاسبه جذب اجزای خالص و مخلوط مورد استفاده قرار گرفت و در هر مورد پس از محاسبه ی جذب مطلق گازها، جذب اضافی نیز برای قیاس با نتایج تجربی گزارش شده، محاسبه شد. حداکثر مقدار جذب ch4 و co2و h2s روی mil-47، به ترتیب mol/kg 6/3 و mol/kg 45/10 و mol/kg 57/12 است. شبیه سازی gcmc برای سه مخلوط ch4/co2 ، ch4/h2s و co2/h2s در 5 کسر مولی مختلف از دو گاز در دمای اتاق و فشار میانی atm 10 انجام شد. مقدار جذب هر یک از گازها در مخلوط و گزینشگری چارچوب نسبت به گازهای موجود در هر مخلوط مورد بررسی قرار گرفت. در مخلوط ch4/co2 با افزایش کسر مولی ch4، مقداری از گاز ch4نیز توسط چارچوب جذب شده و گزینشگری نسبت به co2 در mil-47 کاهش می یابد. در مخلوط ch4/h2s، در کسر مولی 25 و 5 برای h2s، مقدار گزینشگری به ترتیب 7/132 و 63 نسبت به h2s روی mil-47 مشاهده شد. در مخلوط co2/h2s جداسازی بسیار کم و نزدیک به هم است و حداکثر جداسازی این دو گاز روی mil-47 مقدار گزینشگری 8 نسبت به h2s است. در ادامه شبیه سازی md و آنالیز rdf برای مخلوط ها انجام شد. نمودارهای rdf برای مخلوط ها نشان می دهد که جذب، بیش تر در بخش فلزدار mil-47 اتفاق می افتد و اتم های وانادیم و اکسیژن در بخش فلزدار مکان های فعال برای جذب هستند. در اتصال دهنده ی آلی mil-47، اتم کربن متصل به اکسیژن های گروه کربوکسیلات مکان مناسب بعدی برای جذب شناسایی شد. سرانجام، با استفاده از شبیه سازی md میزان نفوذ خودبه خودی هر کدام از گازها در مخلوط های دوتایی در همه کسرمولی ها گزارش می شود. نتایج نشان می دهد که در مخلوط ch4/co2 بیشترین نفوذ خودبه خودی مربوط به گاز co2 با مقدار m2/s 12-10×49/1 در کسر مولیco2 95/0-ch4 05/0 است. هم چنین در مخلوط ch4/h2s بیش ترین نفوذ خودبه خودی مربوط به گاز h2s با مقدار m2/s 10-10×62/2 در کسر مولی h2s 95/0-ch4 05/0 و برای مخلوط co2/h2s بیش ترین نفوذ خودبه خودی به گاز h2s با مقدار m2/s 10-10×31/2 در کسر مولی h2s 95/0-co2 05/0 مربوط است.