عنوان پایان‌نامه
مطالعه ترشوندگی و عبور آب و برخی از سیالات نفتی از گرافن با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی
- رشته تحصیلی
- شیمی فیزیک
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس علوم شماره ثبت: 6187;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 73668;کتابخانه پردیس علوم شماره ثبت: 6187;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 73668
- تاریخ دفاع
- ۱۲ بهمن ۱۳۹۴
- دانشجو
- مهدی درویشی
- استاد راهنما
- معصومه فروتن
- چکیده
- پایان نامه حاضر شامل چهار فصل است و در آن به بررسی سیستم های حاوی گرافن و مولیبدن دی سولفید و پلی وینیل دی ان فلوراید (PVDF) به عنوان بسترهای جامد و سیال هایی مثل آب مخلوط گازها و سیال نفتی با دیدگاه شبیه سازی دینامیک مولکولی می پردازیم. در فصل اول از صفحه گرافن حفره دار برای جداسازی مولکول های آب از مخلوط گازی هوا شامل گازهای نیتروژن، اکسیژن و آب استفاده شد. نتایج شبیه سازی نشان داد که جداسازی بر اساس پدیده جذب مولکول های آب روی نانو صفحه گرافن دارای نانو حفره صورت می گیرد. در فصل دوم رفتار جذب سطحی یک قطره آب روی سطوح مولیبدن دی سولفید و گرافن بررسی و با هم مقایسه شدند. نتایج بدست آمده از محاسبه انرژی برهم کنش متوسط بین آب و سطوح مولیبدن دی سولفید و گرافن نشان داد که برهم کنش واندروالسی نقش مهمی در جذب سطحی آب روی این سطوح بازی می کند. در فصل سوم، مکانیسم حرکت نانوقطره روی سطح گرافن و پارامترهای تاثیرگذار روی آن با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی بررسی شد. نتایج شبیه سازی نشان داد که رفتار قطره آب با تعداد مولکول کمتر از 2000 بسیار متفاوت از قطره های با اندازه های بزرگ تر است. بررسی ها نشان داد که علت اصلی رفتار متفاوت نانوقطره آب نوسانات بستر گرافن نیست. نتایج بررسی ها نشان داد که جهت گیری مولکول های آب در لایه اول و دوم نزدیک سطح گرافن، اثر تعیین کننده ای بر میزان تحرک قطره آب روی سطح گرافن دارد. در فصل چهارم رفتار جذب قطره آب، قطره نفت و مخلوط آب و نفت روی سطح پلی وینیل دی ان فلوراید با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی بررسی شد و یک مکانیسم برای جذب آب و نفت روی بستر PVDF ارایه گردید. نتایج شبیه سازی نشان داد که PVDF مسطح شده، یک سطح نفت دوست و آبگریز است و می توان از آن برای جداسازی نفت از آب بهره برد. نتایج به دست آمده از شبیه ساری با نتایج تجربی همخوانی دارد. برای بررسی علت آبگریزی بستر PVDF ، تحرک مولکول های آب روی سطح PVDF بررسی شد. بررسی ها نشان داد که مولکول های آب وقتی به صورت یکی، دوتایی و یا سه تایی روی سطح PVDF قرار می گیرند، دارای تحرک بسیار کمی هستند، در حالیکه کلاسترهای آب با تعداد مولکول های 4 تا و بیشتر، دارای تحرک زیادی هستند.
- Abstract
- The present thesis includes four chapters and at it we study graphene, molybdenum disulfide and polyvinyl difluoride systems as solids substrate and liquids such as water, gas and oil flow with a view to molecular dynamics simulations. In the first chapter, the use of porous graphene to separate water molecules from the air gas mixture consisting of nitrogen, oxygen and water. In the second chapter the adsorption behavior of a water droplet on the molybdenum disulfide and graphene surfaces were examined and compared. Results obtained from the calculation of the average of interaction energy between the water and the surface molybdenum disulfide and the graphene surfaces indicated that the van der Waals interaction plays an important role in the adsorption of water on these surfaces. In the third chapter, the movement mechanism of water nano droplet on the surface of graphene and its effective parameters were studied using molecular dynamics simulations. The simulation results showed that the behavior of water drops with less than 2000 molecules is very different from larger drop sizes. Our investigations show that the main reason for the different behavior of nano-water drop, is not fluctuations graphene substrate. The results showed that the orientation of water molecules in the first and second layer near the surface of graphene, has a determining effect on the movement of water drop, on the graphene surface. The final chapter, adsorption of water nanodroplet, oil nanodroplet and oil-water mixture on poly (vinylidene fluoride) (PVDF) surface is investigated computationally by molecular dynamics (MD) approach and a mechanism for droplet adsorption is proposed. Simulation results revealed that the PVDF surface is hydrophobic and oleophilic and can be used to separate oil from water. Acquired results are in good agreement with experimental results. As to investigate the origins for hydrophobicity of the PVDF surface, mobility of water molecules on the PVDF surface has been meticulously investigated. Investigations have proven that once water molecules are organized singly or in dimer or trimer molecules, they exhibit very low levels of mobility while water molecules in groups of four or more have high mobility.
