نام پژوهشگر: سیدفواد آقامیری
زهرا نیک مند محمدرضا طلایی خوزانی
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.