شبیه‌سازی دینامیک مولکولی جذب مخلوط اکسیژن و نیتروژن روی نانومخروط‌ و نانولوله کربنی

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران

چکیده

جذب و جداسازی اکسیژن و نیتروژن توسط نانومخروط کربنی °240 بررسی شده و نتیجه­ها با نانولوله کربنی تک دیواره (10و10) مقایسه شد. مقدار جذب گازها در دما و فشارهای گوناگون با استفاده از روش دینامیک مولکولی محاسبه شد. نتیجه­ های شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهند که گازها در سطح خارجی و فضای خالی درونی نانومخلوط و نانولوله کربنی جذب شده‌اند. مقدار گاز جذب شده، با افزایش فشار افزایش یافته و سرانجام به شرایط اشباع رسیده است. در هر دو ساختار، گاز اکسیژن بیش از گاز نیتروژن جذب شده است. ب اکاهش دما مقدار گاز جذب شده در شرایط اشباع و ظرفیت ذخیره سازی وزنی کاهش یافته است. همچنین نتیجه ­ها بیانگر است که ظرفیت جذب و توان جداسازی نانومخروط‌ کربنی نسبت به نانولوله کربنی بالاتر است. بنابراین نانومخلوط‌های کربنی کاندیدای مناسبی برای ذخیره و جداسازی اکسیژن موجود در هوا هستند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Iijima S., Helical Microtubules of Graphitic Carbon, Nature, 354: 56-58 (1991).

[2] Chen J.L., Su M.H., Hwang C.C., Lu J.M., Tsai C.C., Low-Energy Electronic States of Carbon Nanocones in an Electric Field, Nano. Micro. Lett., 2: 121-125 (2010).

[3] Krisshnan A., Dujardin E., Treacy M.M.J., Hugdahl J., Lynum S., Ebbesen T.W., Graphitic Cones and the Nucleation of Curved Carbon Surfaces, Nature, 388: 451- 454 (1997).

[4] Rasoolzadeh M., Fatemi S., Gholamhosseini M. Moosaviyan M.A., Study of Methane Storge and Adsorption Equilibria in Multi-Walled Carbon Nanotubes, Iran. J. Chem. Chem. Eng. (IJCCE), 27(3): 127-134 (2008).

[5] Zambano A.J.,  Talapatra S., Lafdi K., Takashi K., Adsorbate Binding Energy and Adsorption Capacity of Xenon on Carbon Nanohorns, Nanotechnology, 13: 201-204 (2012).

[6] Cabria I., Lopez M.J., Alonso J.A., The Optimum Average Nanopore Size for Hydrogen Storage in Carbon Nanoporous Materials, Carbon, 45: 2649-2658 (2007).

[7] بلبل امیری، محدثه؛ ارشدی، ستار؛ عزیزی، زهرا؛ بررسی برهم کنش گاز خردل بر روی نانولوله های آلومینیوم – نیترید زیگزاگ (4،0)، (5،0) و (6،0)، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (4)33: 31 تا 41 (1393). 

[8] Lithoxoos G.P., Labropoulos A., Peristeras L.D., Kanellopoulos N., Samios J., Economou I.G., Adsorption of N2, CH4, CO and CO2 Gases in Single Walled Carbon Nanotubes: a Combined Experimental and Monte Carlo Molecular Simulation Study, J. Supercritical Fluids, 55: 510-523 (2010).

[9] Majidi R., Ghafoori T., Study of Neon Adsorption on Carbon Nanocones Using Molecular Dynamics Simulation, Physica B, 405: 2144-2148 (2010).

[10] Majidi R., Helium Adsorption on Carbon Nanocones with Different Disclination Angle: Molecular Dynamics Simualtion, Nano Brief Reports and Reviews, 7: 1250023 (1-5) (2012).

[11] Majidi R., Taghiyari H.R, Ekhlasi M., Adsorption Patterns of Helium on Carbon and Cellulose Nanotubes: Molecular Dynamics Simualtions, Nano Brief Reports and Reviews, 12: 1750036 (1-11) (2017).

[12] Gotzias A., Heiberg-Andersen H., Kainourgiakis M.E., Steriotis Th., Grand Canonical Monte Carlo Simulations of Hydrogen Adsorption in Carbon Cones, Appl. Surf. Sci., 256: 5226-5228 (2010).

[13] Gotzias A., Heiberg-Andersen H., Kainourgiakis M., Steriotis Th., A Grand Canonical Monte Carlo Study of Hydrogen Adsorption in Carbon Nanohorns and Nanocones at 77 K, Carbon, 49: 2715-2717 (2011).

[14] Rahimi M., Singh, J.K., Muller-Plathe F., Adsorption and Separation of Binary and Ternary Mixtures of SO2, CO2and N2 by Ordered Carbon Nanotube Arrays: Grand-Canonical Monte Carlo Simulations, Phys. Chem. Phys., 18: 4112-4120 (2016).

[15] Foroutan M., Nasrabadi A.T., Adsorption Behavior of Ternary Mixtures of Noble Gases Inside Single-Walled Carbon Nanotube Bundles, Chem. Phys. Lett., 496: 213-217 (2010).

[16] Darvishi M., Foroutan M., Mechanism of Water Separation From a Gaseous Mixture Via Nanoporous Graphene Using Molecular Dynamics Simulation, RSC Adv., 5: 81282-81294 (2015).

[17] Sha H., Faller R., Molecular Simulation of Adsorption and Separation of Pure Noble Gases and Noble Gas Mixtures on Single Wall Carbon Nanotubes, Comp. Mater. Sci., 114: 160-166 (2016).

[18] Fatemi S.M., Sepehrian H., Arabieh M., Simulation Studies of the Separation of Kr-85 Radionuclide Gas From Nitrogen and Oxygen Across Nanoporous Graphene Membranes in Different Pore Configurations, Eurp. Phys. J. Plus, 131: 131(1)-131(9) (2016).

[19] Bonakala S., Balasubramanian S., Modelling Gas Adsorption in Porous Solids: Roles of Surface Chemistry and Pore Architecture, J. Chem. Sci. 127: 1687-1699 (2015).

[20] Ponder J.W., “Tinker: Software Tools for Molecular Design”, Version 4.2, Saint Louis. MO. (2001).

[21] Beeman D., Some Multistep Methods for Use in Molecular Dynamics Calculations, J. Comp. Phys. 20: 130-139 (1976).

[22] Rafati A.A., Hashemianzadeh S.M., Bolboli Z., Naghshineh N., Canonical Monte Carlo Simulation of Adsorption of O2 and N2 Mixture on Single Walled Carbon Nanotube at Different Temperatures and Pressures, J. Comp. Chem., 31: 1443-9 (2010).

[23] Jalili S., Majidi R., Study of Xe and Kr Adsorption on Open Single-Walled Carbon Nanotubes Using Molecular Dynamics SimulationsPhysica E, 39: 166-170 (2007).