شبیه‌سازی دینامیک مولکولی جداسازی مخلوط آب- استون توسط نانولوله‌های کربنی و بررسی تأثیر اندازه نانولوله‌ها و فشار هیدرواستاتیک اعمالی در روند جداسازی

در بسیاری از فرایندهای صنعتی، حلّال استون به نسبت‌های مختلف با آب مخلوط می‌شود و جداسازی این مخلوط‌ها بدون صرف هزینه و انرژی زیاد ممکن نیست. امروزه پژوهشگران در پی یافتن روش‌هایی هستند که بدون صرف انرژی زیاد، امکان جداسازی کامل‌تر و بهتر حلّال‌ها فراهم شود. لذا با توجه به اهمیت فرایندهای جداسازی حلّال‌های مختلف از همدیگر و استفاده دوباره از آنها در صنعت، در این پژوهش برای اولین بار شبیه‌سازی دینامیک مولکولی جداسازی مخلوط آب- استون با استفاده از نانولوله‌های کربنی صندلی‌شکل انجام شد. به‌منظور جداسازی مخلوط آب- استون نانولوله‌های کربنی صندلی‌شکل با کایرالیته (5،5) و (6،6) استفاده شد که در واقع نانولوله‌های کربنی به‌عنوان فیلتر جداکننده برای مخلوط آب- استون عمل کردند. برای این منظور از روش شبیه‌سازی دینامیک مولکولی استفاده شد. همچنین فشار هیدرواستاتیک، به‌عنوان یک نیروی خارجی، به سیستم مورد نظر اعمال شد تا گونه‌های موجود در سیستم با عبور انتخاب‌پذیر از داخل نانولوله‌ها از همدیگر جدا شوند. نتایج شبیه‌سازی نشان داد که با تغییر نوع نانولوله، فرایند جداسازی این مخلوط، رفتار متفاوتی نشان می‌دهد، به‌طوری که با استفاده از نانولوله‌های کربنی (5،5) با قطر کوچک‌تر، جداسازی کامل این مخلوط انجام شد، در حالی که در حضور نانولوله‌های کربنی (6،6) با قطر بزرگ‌تر، جداسازی به صورت کامل انجام نشد و از هر دو حلّال به نسبت‌های مختلف از این نوع نانولوله عبور کردند که مطلوب نبود. برای درک بهتر نتایج و تفسیر آنها، برخی آنالیزها شامل مقدار عبوری مولکول‌های آب و استون، پروفایل دانسیته، پتانسیل نیروی میانگین، زمان بازداری و پیوندهای هیدروژنی بین گونه‌های سیستم نیز استخراج شد. با توجه به نتایج این پژوهش، از نانولوله‌های کربنی با قطر مناسب برای جداسازی برخی مخلوط‌های آبی از جمله مخلوط آب- استون می‌توان استفاده کرد و به گونه‌های خالص هر یک از حلّال‌ها دست یافت که این امر باعث استفاده مجدد از آنها و صرفه‌جویی در هزینه‌ها خواهد شد.

Keywords:

شبیه‌سازی دینامیک مولکولی , نانولوله کربنی , آب , استون , پتانسیل نیروی متوسط , جداسازی