شماره 53-زمستان 1397
شماره 54- بهار 1398
فهرست

بررسی فرآیند اعمال فشار هیدرواستاتیک در شبیهسازی دینامیک مولکولی جهت تصفیه آب

نشریه: بهار 1399 - مقاله 8   صفحات :   تا 



مولفین:
مصطفی حسینی: دانشگاه تبریز - مهندسی شیمی
جعفر عظمت: دانشگاه فرهنگیان - دپارتمان علوم
حمید عرفان نیا: دانشگاه تبریز - دانشکده مهندسی شیمی


چکیده مقاله:

در این پژوهش از غشاء گرافن عامل دار شده با هیدروژن در فرآیند نمک زدایی به روش اسمز معکوس توسط روش شبیه سازی دینامیک مولکولی برای ارزیابی منطقه اعمال فشار هیدرواستاتیک در جعبه شبیه سازی استفاده شده است. غشاء گرافن در وسط جعبه شبیه سازی قرار گرفت و جعبه شبیه سازی شامل آب و یونهای سدیم و کلر ایجاد شد. بازه اعمال نیرو با بررسی نتایج ضریب تراوایی و میزان جداسازی و آنالیز فشار سیستم ها توام با مقایسه با نتایج شبیه سازی دینامیک مولکولی با روش اعمال فشار با پیستون و داده های آزمایشگاهی در شرایط یکسان، مشخص گردید و ثابت شد که این بازه کمیتی دلخواه نیست و مناسب ترین محدوده اعمال نیرو 5-15 از جعبه شبیه سازی را شامل می شود. براساس اهمیت انتخاب صحیح بازه اعمال نیرو و نیز یکسان سازی این بازه در شبیه سازی دینامیک مولکولی فرآیندهای غشایی، امکان مقایسه صحیح داده های شبیه سازی دینامیک مولکولی فراهم می شود.


Article's English abstract:

In this research, hydrogenated nanoporous graphene membrane NPG with reverse osmosis desalination process as a useful process was used in molecular dynamics MD simulations to estimate the region of applying hydrostatic pressure in the MD simulation cell. The NPG membrane was positioned in the middle of the box and the simulation box consists of a NPG, water, and Cl- and Na ions. The region of applying force was found by evaluation of permeability coefficient, salt rejection and pressure analysis of systems. In this study, the obtained results of MD simulation by applying pressure by piston were compared with experimental data in the same condition. The results demonstrated that the region of applying force is not an arbitrary quantity and appropriate region of applying force was in the range of 5-15 of the simulation cells. The importance of the accurate choice of the region of applying force as well as unifying this region in molecular dynamics simulations of membrane processes makes it possible to compare MD simulation results.


کلید واژگان:
ديناميک مولکولي، فرآيندهاي غشايي، گرافن نانومتخلخل، ناحيه اعمال نيرو، نمکزدايي.

English Keywords:
Molecular dynamics, Membrane processes, Nanoporous graphene, Region of applying force, Desalination.

منابع:
[1] M. Elimelech, W.A. Phillip, Science, 333, 712-717, (2011). [2] J.R. Werber, C.O. Osuji, M. Elimelech, Nat. Rev. Mater., 1, 16018, (2016). [3] D. Cohen-Tanugi, J.C. Grossman, Nano Lett., 12, 3602-3608, (2012). [4] D. Cohen-Tanugi, J.C. Grossman, Nano Lett., 14, 6171-6178, (2014). [5] M. Heiranian, A.B. Farimani, N.R. Aluru, Nat. Commun., 6, 8616, (2015). [6] J. Azamat, A. Khataee, Comput. Mater. Sci, 128, 8-14, (2017). [7] M. Hosseini, J. Azamat, H. Erfan-Niya, Appl. Surf. Sci., 427, 1000-1008, (2018). [8] F. Zhu, E. Tajkhorshid, K. Schulten, Biophys. J., 83, 154-160, (2002). [9] F. Zhu, E. Tajkhorshid, K. Schulten, Biophys. J., 86, 50-57, (2004). [10] M.W. Schmidt, K.K. Baldridge, J.A. Boatz, S.T. Elbert, M.S. Gordon, J.H. Jensen, S. Koseki, N. Matsunaga, K.A. Nguyen, S. Su, a. et, J. Comput. Chem., 14, 1347-1363, (1993). [11] W.L. Jorgensen, J. Chandrasekhar, J.D. Madura, R.W. Impey, M.L. Klein, J. Chem. Phys., 79, 926-935, (1983). [12] T.A. Beu, J. Chem. Phys., 132, 164513, (2010). [13] F. Müller-Plathe, Macromolecules, 29, 4782-4791, (1996). [14] D.J. Price, C.L. Brooks, J. Chem. Phys., 121, 10096-10103, (2004). [15] I.S. Joung, T.E. Cheatham, J. Phys. Chem. B, 112, 9020-9041, (2008). [16] M.E. Suk, N.R. Aluru, J. Phys. Chem. Lett., 1, 1590-1594, (2010). [17] T. Darden, D. York, L. Pedersen, J. Chem. Phys., 98, 10089-10092, (1993). [18] G. Wu, D.H. Robertson, C.L. Brooks, M. Vieth, J. Comput. Chem., 24, 1549-1562, (2003). [19] R.W. Baker, Membrane technology, Wiley Online Library, (2000). [20] D. Cohen-Tanugi, J.C. Grossman, Nano Lett., 12, 3602-3608, (2012). [21] S.P. Surwade, S.N. Smirnov, I.V. Vlassiouk, R.R. Unocic, G.M. Veith, S. Dai, S.M. Mahurin, Nat. Nanotechnol., 10, 459-464, (2015).

English References:
[1] M. Elimelech, W.A. Phillip, Science, 333, 712-717, (2011). [2] J.R. Werber, C.O. Osuji, M. Elimelech, Nat. Rev. Mater., 1, 16018, (2016). [3] D. Cohen-Tanugi, J.C. Grossman, Nano Lett., 12, 3602-3608, (2012). [4] D. Cohen-Tanugi, J.C. Grossman, Nano Lett., 14, 6171-6178, (2014). [5] M. Heiranian, A.B. Farimani, N.R. Aluru, Nat. Commun., 6, 8616, (2015). [6] J. Azamat, A. Khataee, Comput. Mater. Sci, 128, 8-14, (2017). [7] M. Hosseini, J. Azamat, H. Erfan-Niya, Appl. Surf. Sci., 427, 1000-1008, (2018). [8] F. Zhu, E. Tajkhorshid, K. Schulten, Biophys. J., 83, 154-160, (2002). [9] F. Zhu, E. Tajkhorshid, K. Schulten, Biophys. J., 86, 50-57, (2004). [10] M.W. Schmidt, K.K. Baldridge, J.A. Boatz, S.T. Elbert, M.S. Gordon, J.H. Jensen, S. Koseki, N. Matsunaga, K.A. Nguyen, S. Su, a. et, J. Comput. Chem., 14, 1347-1363, (1993). [11] W.L. Jorgensen, J. Chandrasekhar, J.D. Madura, R.W. Impey, M.L. Klein, J. Chem. Phys., 79, 926-935, (1983). [12] T.A. Beu, J. Chem. Phys., 132, 164513, (2010). [13] F. Müller-Plathe, Macromolecules, 29, 4782-4791, (1996). [14] D.J. Price, C.L. Brooks, J. Chem. Phys., 121, 10096-10103, (2004). [15] I.S. Joung, T.E. Cheatham, J. Phys. Chem. B, 112, 9020-9041, (2008). [16] M.E. Suk, N.R. Aluru, J. Phys. Chem. Lett., 1, 1590-1594, (2010). [17] T. Darden, D. York, L. Pedersen, J. Chem. Phys., 98, 10089-10092, (1993). [18] G. Wu, D.H. Robertson, C.L. Brooks, M. Vieth, J. Comput. Chem., 24, 1549-1562, (2003). [19] R.W. Baker, Membrane technology, Wiley Online Library, (2000). [20] D. Cohen-Tanugi, J.C. Grossman, Nano Lett., 12, 3602-3608, (2012). [21] S.P. Surwade, S.N. Smirnov, I.V. Vlassiouk, R.R. Unocic, G.M. Veith, S. Dai, S.M. Mahurin, Nat. Nanotechnol., 10, 459-464, (2015).



فایل مقاله
تعداد بازدید: 345
تعداد دریافت فایل مقاله : 12



طراحی پرتال|طراحی پورتالطراحی پرتال (طراحی پورتال): آرانا نتورک