Skip to main content
SUPERVISOR
حسن حداد زاده (استاد مشاور) سامان علوی شوشتری (استاد راهنما) بیژن نجفی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Seyedeh Leila Fani Sadrabadi
سیده لیلا فانی صدرآبادی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

Calculation and Investigation of Self-Diffusivity of Carbon Disulfide, Carbon Dioxide, Methane, Nitrogen and Oxygen Gases in Beta-Zeolite via Molecular Dynamics Simulation
Beta-zeolite represented the first high silica zeolite (Si/Al=10-100) synthesized and it has superior thermal and acid stability. The structure of Beta-zeolite consists of intersecting 6.5 × 5.6 and 7.5 × 5.7 ? channels. this zeolite has been demonstrated to be useful in several hydrocarbon conversion processes, however,, there are seldom reports on applications of Beta-zeolite for gas adsorption now. The most straightforward way is to compute a diffusion coefficient of an adsorbed molecule directly from a molecular dynamics simulation. So, in this thesis, diffusion of Carbon disulfide, Carbon dioxide, Methane, Nitrogen and Oxygen gases molecules in Beta-zeolite with BEA code and Si 64 O 128 chemical formula has been studied by molecular dynamics simulation. These gases are very important in many industrial applications. The aim of this study is to understand the effects of the temperature and kind of guest on the dynamic and diffusion of these guests in Beta-zeolite. Simulations were performed at loadings of 4 and 8 Carbon disulfide, Carbon dioxide, Methane, Nitrogen and Oxygen molecules per unit cell at 250 K, 298 K, 350, 400 K, 500 K, 600 K and 700 K. The main purpose of this simulation is the study of properties such as the mean square displacement, diffusion coefficient, radial distribution function, adsorption energy, and activation energy. In all the simulations via DL-POLY2 software, pressure and time step of each system were fixed at 1 bar and 0.001 ps respectively. First, the simulations for each loading were performed in canonical ensemble at seven different temperatures during 100 ps (100 000 steps) to reach the equilibration of the systems. Then, each of the equilibrium systems was simulated in micro canonical ensemble during 500 ps (500 000 steps) to get the dynamic properties as named above. The slope of the curves of mean square displacement vs time increases with temperature and molecular weight of. At the loadings, The calculated diffusion coefficient at fixed loading increases with temperature and; at a fixed temperature; decreases as the loading and molecular weight of guests increases. The calculated activation energies via Arrhenius equation decrease with increasing of loading and increase as molecular weight of gusts increases. Good agreement between the simulated and experimental activation energies have obtained. Radial distribution functions of different atomic sites were obtained at various temperatures and loadings and the highest peak shifts were observed in center of mass – center of mass RDFs of guests. Adsorption energies for each guest in Beta-zeolite are calculated at kJ/mol. In both loadings, the Adsorption energies decrease with temperature and increase with molecular weight of guest.
زئولیت ها که گروهی از آلومینو سیلیکات های بلورین و متخلخل هستند، یکی از پرکاربرد ترین مواد در شاخه های مختلف صنایع می باشند. از جمله کاربردهای این مواد استفاده از آنها به عنوان غربال مولکولی است. از میان زئولیت ها، زئولیت- بتا به دلیل اسیدیته ی بالا و حفره های ویژه اش کاربرد صنعتی فراوانی دارد، اما تاکنون مطالعات چندانی بر روی این زئولیت در زمینه ی جداسازی مولکول های مختلف صورت نگرفته است. از این رو در تحقیق حاضر، فرایند جذب و نفوذ گازهای پر اهمیت نیتروژن، اکسیژن، کربن‌دی‌اکسید، کربن دی سولفید و متان بر روی زئولیت- بتا با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی مورد بررسی قرار گرفته است. هدف از انجام این تحقیق محاسبه ی کمیت ها ی میانگین مربع جا بجایی، ضرایب نفوذ، انرژی های جذب، انرژی های فعال سازی و توابع توزیع شعاعی است. با استفاده از نرم افزار DL POLY_ 2 شبیه سازی ها در بارگذاری 4 و 8 مولکول بر سلول واحد، در دماهای 250، 298، 350، 400، 500، 600 و 700 کلوین و فشار bar 0/1 در دو مرحله انجام شد. در مرحله ی اول، به منظور رسیدن سامانه به تعادل، شبیه‌سازی ها طی ps 100 در مجموعه ی NVT اجرا شدند و در مرحله ی دوم فایل های خروجی از مرحله ی اول به منظور دنبال نمودن خط سیر سامانه، در مجموعه ی NVE شبیه سازی شدند. سپس محاسبات مورد نظر انجام گرفت و دینامیک مولکول های مهمان با مطالعه‌ی میانگین مربع جابجایی (MSD) برای مرکز جرم مولکول های مهمان بررسی شد. با رسم منحنی های MSD بر حسب زمان مشاهده می شود که شیب منحنی ها با افزایش دما در تمام بارگذاری ها افزایش می یابد. از روی شیب منحنی MSD و با استفاده از معادله‌ی انیشتین ضرایب نفوذ استخراج شده و اثر دما، بارگذاری و جرم مولی مولکول های مهمان روی این ضرایب بررسی شد. به این ترتیب مشاهده می شود که ضریب نفوذ هر ماده با دما رابطه ی مستقیم و با تعداد بارگذاری و جرم مولی مولکول مهمان رابطه ی عکس دارد. با استفاده از معادله ی آرنیوس، انرژی فعال سازی نفوذ محاسبه شد. نتایج حاصل نشان می دهد که به طور کلی انرژی فعال سازی با افزایش بارگذاری کاهش و با افزایش جرم مولی مولکول مهمان افزایش می یابد که تطابق خوبی با نتایج تجربی دارد. به موازات افزایش دما، غلظت مولکول های مهمان کاهش می یابد و بنابراین باید اثر ترکیبی دما وغلظت را در نظر گرفت. توابع توزیع مواضع اتمی مختلف در دماها و بار‌گذاری های مختلف به دست آمدند که بیشترین تغییرات در موضع مرکز جرم- مرکز جرم مشاهده شد. انرژی های جذب مولکول های مهمان در زئولیت- بتا بر حسب KJ/mol، در دماهای مختلف محاسبه شدند. مشاهده می شود که در یک بارگذاری خاص با افزایش جرم مولی، انرژی جذب افزایش می یابد. همچنین در یک بارگذاری ثابت با افزایش دما انرژی جذب کاهش می یابد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی