شبیه سازی مولکولی نانوکاتالیست‏های فرایند کاهش کاتالیزوری nox

با گسترش صنایع و افزایش مصرف انرژی در جهان، انتشار آلاینده اکسیدهای نیتروژن (nox)، اکسیدهای گوگرد (sox)، مونوکسید کربن (co)، دی اکسید کربن (co2)، ترکیبات آلی فرار (voc) و ذرات دوده که از احتراق سوخت های فسیلی در موتورهای درون سوز تولید می شوند، با سرعت زیادی در حال افزایش می باشد. عبارت nox که به طور کلی برای اکسیدهای یک نیتروژنه no و no2 به کار می رود، یکی از مهم ترین آلاینده های اتمسفری است. بنابراین کنترل انتشار و حذف آلاینده nox از اهمیت بسیاری برخوردار است. از آنجاییکه بررسی تمامی پارامترهای موثر در تهیه کاتالیست¬ها در آزمایشگاه امکان¬پذیر نیست، از این¬رو شبیه¬سازی¬های کامپیوتری مورد استفاده قرار می¬گیرند. امروزه، مدلسازی و شبیه¬سازی مولکولی با قابلیت¬های منحصر بفردش در ساخت ساختارها در مقیاس اتمی، نقش مهمی در مطالعه مواد و پدیده¬هارا در مقیاس نانو و ارتقاء کارآیی تکنولوژی¬های موجود ایفا می-کنند. همچنین، آنها امکان دستیابی به کاتالیست بهینه با مطالعه نمونه¬های زیاد در مدت زمانی کوتاه را میسر می¬سازند. با توجه به اهمیت حذف nox، هدف این پروژه پژوهشی مطالعه رفتار نانوکاتالیست¬ها در فرایند حذف scr nox است. در فرآیندهای زئولیتی که واکنش کاتالیستی بیشتر درون حفرات زئولیت اتفاق می¬افتد، مطالعه جذب و نفوذ مولکول¬های واکنش¬دهنده به منظور کسب فهم و درک کامل فرآیند چرخه کاتالیستی ضرورت دارد. در رساله حاضر، با بهره جستن از سیستم¬های شبیه¬ساز مولکولی، رفتار جذب و نفوذ مولکول¬ها در نانوکاتالیزور¬های مورد استفاده در فرایند کاهش کاتالیزوری انتخابی nox در مقیاس مولکولی مورد مطالعه قرار گرفت. برهم کنش فلزات مختلف با پایه کاتالیست و نیز رفتار کاتالیست¬ها در مراحل جذب، نفوذ و انتخاب¬پذیری گونه¬ها به روش¬های دینامیک مولکولی و مونت کارلو توسط نرم¬افزار materials studio بررسی شد. مدت زمان شبیه¬سازی 1 نانوثانیه با گام زمانی 1 فمتوثانیه و شعاع قطع 12/5آنگستروم برای اجراهای شبیه¬سازی در نظر گرفته شد. نتایج بدست آمده بیانگر افزایش نفوذ با دما بود. به علت حجم¬های قابل دسترس تقریبا یکسان برای کاتالیست¬ها، مقادیر نفوذ تقریبا یکسان بدست آمد. نفوذ nh3 در کاتالیست cu-zsm5 بسیار محدود بود. در بررسی جذب مشاهده شد با افزودن کاتیون در پایه میزان ظرفیت جذب افزایش می¬یابد. کاتالیست cu-zsm5 جذب بسیار بالای nh3 را نشان داد. نتایج شبیه¬سازی¬های نفوذ محصولات نیز حاکی از انتخابگری بالای کاتالیست cu-zsm5 در دمای ℃300 بود. در نهایت کاتالیزور بهینه پیش-بینی شده از شبیه سازی مولکولی سنتز شد و کارایی آن در فرایند کاهش کاتالیزوری nox بررسی گردید. نتایج شبیه¬سازی مولکولی حاصل در این پژوهش مطابقت خیلی خوبی با نتایج کار تجربی انجام شده و نتایج دیگر کارهای شبیه¬سازی مرتبط بدست داد.