Geri Dön

Effects of force fields on gas separation performances of ZIFs

Kuvvet alanı paramatrelerinin ZIFlerin gaz ayırımı performansları üzerine etkisi

PDF İndir

  1. Tez No: 367658
  2. Yazar: AYDIN ÖZCAN
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. SEDA KESKİN AVCI
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2014
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Koç Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 86

Özet

Metal organik ağ yapıları yeni ortaya çıkan, gaz depolanması ve gaz ayırım işlemleri için gelecek vaadeden malzemelerdir. Zeolitik imidazolit ağ yapıları da metal organik ağ yapılarının dayanıklılığı oldukça yüksek bir alt grubudur. Zeolitik imidazolit ağ yapıları geniş yüzey alanına, geniş ve sistematik biçimde birbirine bağlanmış gözenek yapılarına sahiptir. Tezin ilk kısmında, grand kanonik Monte Karlo ve denge halindeki molekül dinamikleri simülasyonları kullanılarak, birçok zeolitik imidazolit ağ yapısının adsorbent ve membran olarak performansları değerlendirildi. Bu moleküler simülasyonlar, zeolitik imidazolit ağların saf gazlar (CH4, CO2, H2 ve N2) ve karışımlar (CO2/CH4, CO2/N2, CO2/H2 ve CH4/H2) için gösterdikleri seçililiğin hesaplanmasında kullanıldı. Ortaya çıkan bu iki ayrı tip seçicilik (yalnız gazlar için ve karışım halindeki gazlar için) karşılaştırılarak, çoklu gaz durumunun seçicilik üzerindeki etkisi tartışıldı. Zeolitik imidazolit ağ yapılarının CO2 ayırımı için hali hazırda bilinen zeolitlerden daha iyi performansa sahip oldukları gösterildi. Gaz geçirgenliği, gaz taşıma kapasitesi ve sorbent seçilim parametresi gibi başka önemli parametreler de hesaplanarak, değişik gaz karışımları için zeolitik imidazolit ağ yapılarının adsorbent ve membran olarak performansları karşılaştırıldı. Tezin ikinci kısmında, değişik simülasyon parametreleri seçmenin, seçicilik üzerindeki etkisi araştırıldı. Literatürde, zeolitik imidazolit ağ yapılarının saf gaz adsorpsiyonunu inceleyen çok sayıda makale mevcuttur ve bu makalelerde çoğu kez çok farklı simülasyon parametreleri kullanılmıştır. Literatürde kullanılan simülasyon parametrelerinden üçü alınarak, ZIF-68 ve ZIF-69 malzemelerinde beş farklı gaz karışımı için (CH4/H2, CH4/N2, CO2/CH4, CO2/N2 ve CO2/H2) tüm seçicilik parametreleri hesaplanmıştır. Sonuçlar adsorpsiyona dayalı seçiciliğin simülasyon parametreleriyle değişkenlik gösterdiğini, hem adsorpsiyon hem de difüzyon hesabını içeren membran seçiciliğinin ise simülasyon parametresi değişikliğinden ciddi biçimde etkilenmediğini göstermiştir. Bu iki seçiciliğin dışında, taşıma kapasitesi, sorbent seçilim parametresi, yenilenebilirlik, geçirgenlik gibi başka özellikler de bilinen zeolitlerle karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırmalarda, ZIF-68 ve ZIF-69, CH4/H2 ve CO2/H2 karışımları için bilindik zeolitlerden daha iyi performans göstermiştir

Özet (Çeviri)

Metal organic frameworks (MOFs) are newly emerging promising candidates for gas separation and gas storage. Zeolitic imidazolate frameworks (ZIFs) are highly robust sub-family of MOFs and they have large surface areas, high porosities and well-defined pore structures. In the first part of this thesis, Grand Canonical Monte Carlo (GCMC) and Equilibrium molecular dynamics (EMD) simulations are used and a diverse collection of ZIFs are studied to evaluate their performances in adsorption- and membrane-based gas separations. These molecular simulations are performed for both single- component gases (CH4, CO2, H2 and N2) and binary gas mixtures (CO2/CH4, CO2/N2, CO2/H2 and CH4/H2) to predict the intrinsic and mixture selectivities of ZIFs. These two selectivities are compared to discuss the importance of multi-component mixture effects on making predictions about the separation performance of a material. Gas separation performances of ZIFs are compared with other nanoporous materials and results show that several ZIFs can outperform well-known zeolites and metal-organic frameworks in CO2 separations. Several other properties of ZIFs such as gas permeability, working capacity and sorbent selection parameter are computed to identify the most promising materials in adsorption- and membrane-based separation of CO2/CH4, CO2/N2, CO2/H2 and CH4/H2. In the second part, the effect of different force field parameters on the selectivity estimation is examined. In the literature, a significant number of molecular simulation studies exists for assessing single-component gas adsorption capacities of ZIFs and all these simulations are performed using different force field parameters. Molecular simulations are carried out to predict both adsorption-based and membrane-based separation performances of ZIF-68 and ZIF-69 for CH4/H2, CH4/N2, CO2/CH4, CO2/N2 and CO2/H2 mixtures using three different force fields. Results show that adsorption selectivity of ZIFs may vary significantly depending on the force field parameters whereas membrane selectivity is much less sensitive to the force field. In addition to adsorption and membrane selectivities, various separation properties of ZIFs are estimated such as working capacity, sorbent selection parameter, regenerability, permeability and compared with the properties of other well-known nanoporous adsorbents and membranes. Results suggest that ZIF-68 and ZIF-69 can outperform traditional zeolites in separation of CH4/H2 and CO2/H2 mixtures

Benzer Tezler

  1. Tez No

    485278

    Kuyruk yeli enerjisi kullanılarak düşey eksenli rüzgar türbin çiftliği geliştirilmesi

    Development of a vertical axis wind turbine farm by using wake energy

    AHMETCAN ETYEMEZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HİKMET KOCABAŞ

  2. Tez No

    419058

    Metal organik kafeslerde bütan ve izobütan adsorpsiyonunun incelenmesi

    Investigation of butane and isobutane adsorption in metal organic frameworks

    PELİN GÖYMEN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ŞERİFE BİRGÜL ERSOLMAZ

  3. Tez No

    516306

    Mikrodalga elektrotermal itki sistemi:tasarımı, üretimi ve performans analizi

    Design, manufacture and performance analysis of a microwave electrothermal thruster system

    MEHMET SERHAN YILDIZ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2016

    Astronomi ve Uzay BilimleriHava Harp Okulu Komutanlığı

    Uzay Bilimleri Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MURAT ÇELİK

    YRD. DOÇ. DR. İBRAHİM KOÇ

  4. Tez No

    624580

    The mechanical characterization of two-dimensional materials (WS2, MOS2, and graphene) and the effect of defects on young's modulus of CVD grown single-layer graphene

    İki boyutlu malzemelerin (WS2, MOS2 ve grafen) mekanik karakterizasyonu ve tek tabakalı grafeninin young katsayısının kusur yoğunluğu ile değişimi

    BEGIMAI ADILBEKOVA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Mühendislik Bilimleriİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. AYKUTLU DANA

  5. Tez No

    684013

    Computational aerodynamic analysis of flow around Apollo reentry capsule with anisotropic mesh adaptation

    Anisotropik mesh adaptasyonu ile Apollo yeniden giriş kapsül çevresindeki akışın hesaplamalı aerodinamik analizi

    BADAMASI BABAJI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEHMET ŞAHİN

Geri Dön