شبیه سازی مولکولی غشای پلی( اتر-قطعه-آمید)حاوی فنول به منظور جداسازی دی اکسیدکربن از نیتروژن

موضوع تحقیق: آلودگی دی اکسیدکربن (CO۲) یکی از چالش های مهم عصر حاضر است که از گسترش صنایع ناشی می شود. یکی از روش های نوین برای جداسازی CO۲، استفاده از غشاهای پلیمری است که پلی( اتر-قطعه-آمید) (Pebax) به عنوان یکی از غشاهای صنعتی در این زمینه شناخته می شود. با این حال، این نوع غشا با محدودیتی به نام بده بستان (Trade-off) مواجه است که مانع از استفاده وسیع آن در صنعت می شود. افزودن ترکیبات مختلف به Pebax یکی از روش های رفع این محدودیت است. روش تحقیق: در این مطالعه، فنول که حاوی گروه عاملی هیدروکسیل است، به عنوان پرکننده انتخاب شد و غشاهای Pebax حاوی درصدهای متفاوتی از آن با استفاده از روش نوین شبیه سازی مولکولی تهیه شدند. دینامیک مولکولی (Molecular Dynamics, MD) و مونت کارلوی بزرگ بندادی (Grand Canonical Monte Carlo, GCMC) برای بررسی خواص ساختاری و عملکرد جداسازی غشاها استفاده شد. در این راستا، ابتدا خواص ساختاری شامل کسر حجم آزاد (Fractional Free Volume, FFV)، چگالی و تحرک زنجیرهای پلیمری مورد بررسی قرار گرفت و سپس خواص عملکردی شامل ضرایب نفوذ و حلالیت اندازه گیری شد. نتایج اصلی: FFV غشاها با افزودن فنول افزایش یافته و بر اساس تابع توزیع شعاعی برهم کنش بین مولکول های CO۲ و مولکول­های فنول بر بر هم کنش بین مولکول های CO۲ و زنجیره های پلیمری PEBA غلبه کرد. علاوه بر این، بر اساس نتایج، مولکول های فنول از طریق برقراری برهم کنش های اسید-باز لوئیس و π-چهارقطبی با مولکول های CO۲ باعث افزایش ۵/۵ برابری ضریب نفوذ و افزایش ۳/۱ برابری ضریب حلالیت مولکول های CO۲ نسبت به غشای خالص Pebax شدند. تحلیل ضریب تراوایی CO۲ و گزینش پذیری CO۲/N۲ در غشاهای شبیه سازی شده نشان داد که با افزایش درصد فنول، تراوایی CO۲ افزایش می­یابد، درحالی که گزینش پذیری CO۲/N۲ به طور مداوم کاهش می یابد.

Keywords:

Polymer membrane , Molecular simulation , CO۲ separation , poly (ether-block-amide) , phenol. , غشای پلیمری , شبیه سازی مولکولی , جداسازی CO۲ , پلی( اتر-قطعه-آمید) , فنول