Molecular simulations of gas transport in copolymers
Kopolimerlerde gaz taşınımının moleküler simülasyonları
- Tez No: 139488
- Danışmanlar: DOÇ. DR. PEMRA DORUKER TURGUT
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2003
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 166
Özet
VI ÖZET KOPOLIMERLERDE GAZ TAŞINIMININ MOLEKULER SİMÜLASYONLARI Bu çalışmanın amacı, çeşitli tiplerde camsı ve kauçuk özellikteki polimerlerin gaz geçirgenliği ile kimyasal yapılan ve konformasyonal özellikleri arasındaki ilişkilerin araştırılmasıdır. Amorf yapıya sahip stiren-maleik anhidrit kopolimeri (SMA), stiren- butadien kauçuğu (SBR), ataktik polistiren (PS), butadien-akrilonitril kauçuğu (NBR) ve etilen-vinil alkol kopolimeri (EVOH) içerisindeki küçük gaz moleküllerinin (He, H2, Ne, O2, N2, CH4, Ar, CO2) difüzyon (D), çözünürlük (S) ve gaz geçirgenlik katsayıları (P); geçiş hali yaklaşımı (TSA) metodu ile hesaplanmıştır. Simülasyon sonuçlan, deneysel değerlerle uyumlu bulunmuştur. Su moleküllerinin taşınım davranışları da aym polimer yapılarda tüm atomik detayı içeren moleküler dinamik (MD) simülasyonlan ile incelenmiştir. Genellikle, bu matrislerde polar olmayan gazların difüzyon ve çözünürlük katsayılan şu şekilde azalmaktadır: D (SBR) > D (NBR) > D (PS) > D (SMA) = D (EVOH) ve S (EVOH) s S (NBR) < S (SBR) < S (PS) < S (SMA). Çalışmanın basit gazlar üzerindeki TSA sonuçlan; difüzyon katsayılarım etkin gaz çaplan ile ve çözünürlük değerlerini etkin Lennard-Jones gaz parametleri ile ilişkilendiren korelasyonlarla uyumludur. Polimer zincMerinin hareketliliğindeki (lokal sönümlenme) farklılıkların, difüzyonu belirleyen başlıca faktör olduğu gözlenmektedir; oysa çözünürlük katsayıları, matrisler içindeki boş hacim dağılımına bağlıdır. Polar olmayan matrisler (PS, SBR) için yapılan MD simülasyonlan, su moleküllerinin bir araya gelerek kümeler oluşturduğunu ve difüzyonun yavaşladığını göstermektedir. Polar matrislerde (NBR, SMA, EVOH) su molekülleri polimer zincirinin polar guruplanyla hidrojen bağları oluşturmaktadır; ancak bu bağlanın düşük su konsantrasyonunda bu matrislerdeki difüzyonu etkilemediği gösterilmiştir. Yüksek su konsantrasyonlarında, EVOH'un yapısındaki zincirler arası hidrojen bağlarının bozulması, camsı geçiş sıcaklığının düşmesine; bunun sonucunda ise lokal zincir hareketliliği ve oksijen difuzy onunun artmasına yol açmaktadır.
Özet (Çeviri)
ABSTRACT MOLECULAR SIMULATIONS OF GAS TRANSPORT IN COPOLYMERS The objective of this study is to investigate the relationship between gas permeability and the chemical structure and conformational properties for various types of glassy and rubbery polymers. The diffusion (D), the solubility (S) and the permeability (P) coefficients of small gas molecules (He, H2, Ne, O2, N2, CH4, Ar, CO2) in amorphous structures of poly (styrene-a/tanaleic anhydride) copolymer (SMA), poly (styrene-stat- butadiene) rubber (SBR), atactic polystyrene (PS), poly(butadiene-5/a?-acrylonitrile) rubber (NBR) and poly(ethylene-co-vinyl alcohol) copolymer (EVOH) are computed by the transition state approach (TSA). Simulation results are found to be in good agreement with the experimental values. The transport behavior of water molecules is also studied in the same bulk structures by fully atomistic molecular dynamics (MD) simulations. In general, the diffusion coefficients of the non-polar gases in these matrices decrease in the following order: D (SBR) > D (NBR) > D (PS) > D (SMA) 2 D (EVOH) and the solubility coefficients follow the order of S (EVOH) = S (NBR) < S (SBR) < S (PS) < S (SMA). The TSA results on simple gases are in conformity with the correlations that relate the diffusion coefficients to the effective penetrant diameters and the solubility values to the effective Lennard- Jones parameters of the gases. The differences in the mobility of the polymer chains, i.e. local relaxation, seem to be the determining factor for diffusion, while the solubility coefficients depend on the free volume distribution of the matrices. The MD simulations for non-polar matrices (PS, SBR) show that water molecules come together forming clusters and slows down the diffusion. In the case of polar matrices (NBR, SMA, EVOH), water molecules form hydrogen bonds with the polar groups of the polymer chain; however at low water concentrations, it is shown that these bonds do not affect the diffusion in these matrices. At higher water concentrations, disruption of intermolecular hydrogen bonds among polymer chains in EVOH leads to a decrease in the glass transition temperature resulting in higher chain mobility and increased oxygen diffusion.
Benzer Tezler
- Non-equilibrium molecular dynamics simulations of gas phase separations and transport in porous membranes
Başlık çevirisi yok
AYDIN OZCAN
Doktora
İngilizce
2020
Kimya MühendisliğiUniversity of London - University College LondonPROF. Ozgur Yazaydin
- Gas adsorption and diffusion in porous coordination networks: A computational study
Gözenekli koordinasyon ağlarında gaz adsorpsiyon ve difüzyon: Bir hesaplamalı çalışma
TUĞBA NUR ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
EnerjiKoç ÜniversitesiBilgisayar Bilimleri ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEDA KESKİN AVCI
- Investigation of bio-MOFs for energetic and biomedical applications: From an atomic point of view
Biyo-MOFların enerji ve biyomedikal uygulamalarının atomik bakış açısıyla araştırılması
İLKNUR ERUÇAR FINDIKÇI
Doktora
İngilizce
2016
EnerjiKoç ÜniversitesiKimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEDA KESKİN AVCI
- Dolaşımlı akışkan yatağın hidrodinamik ve ısıl matematik modellemesi
Hydrodynamic and thermal numerical modeling of coal gasification in circulating fluidized bed
CEM DOLU
Doktora
Türkçe
2017
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LÜTFULLAH KUDDUSİ