بررسی امکان سنجی تصفیه آلاینده های گازی اکسیدهای گوگرد(SO2) و ترکیبات آلی فرار(VOCs) توسط چارچوب های آلی-فلزی با استفاده از شبیه سازی مولکولی

Investigate the feasibility of treating gaseous emissions of Dioxide sulfur and VOCs by metal organic frameworks using molecular simulation


چاپ صفحه
پژوهان
صفحه نخست سامانه
مجری و همکاران
مجری و همکاران
منابع
منابع
علوم پزشکی شهید بهشتی
علوم پزشکی شهید بهشتی

مجریان: محمد شادمان , عباس شاهسونی

کلمات کلیدی: آلاینده های گازی- شبیه سازی ملکولی- چارچوب های آلی-فلزی، ترکیبات آلی فرار، دی اکسید گوگرد

اطلاعات کلی طرح
hide/show

کد طرح 7333
عنوان فارسی طرح بررسی امکان سنجی تصفیه آلاینده های گازی اکسیدهای گوگرد(SO2) و ترکیبات آلی فرار(VOCs) توسط چارچوب های آلی-فلزی با استفاده از شبیه سازی مولکولی
عنوان لاتین طرح Investigate the feasibility of treating gaseous emissions of Dioxide sulfur and VOCs by metal organic frameworks using molecular simulation
کلمات کلیدی آلاینده های گازی- شبیه سازی ملکولی- چارچوب های آلی-فلزی، ترکیبات آلی فرار، دی اکسید گوگرد
نوع طرح بنیادی-کاربردی
نوع مطالعه مطالعه تجربی
مدت اجراء - روز 330
ضرورت انجام تحقیق جداسازی، تجزیه و ذخیره سازی گازها هستند که با استفاده از مولکولهای آلی به عنوان اتصال دهنده¬های فلزی سنتز می شوند. در تشکیل این مواد کریستالی با ساختار متخلخل، مساحت سطح بالا و ویژگی های شیمیایی مورد نظر است. در این طرح، یکی از کاربردهای چارچوب های آلی فلزی در ذخیره سازی و جداسازی گازهای آلاینده بررسی می شود. بررسی کارایی چارچوب های آلی-فلزی در حذف و جداسازی گازهای آلاینده اکسیدهای گوگرد که از خودروهای دیزلی منتشر شده و ترکیبات آلی فرار که معمولاً از احتراق به وجود می آیند، از جمله اهداف این طرح می باشد. شناسایی مناسبترین چارچوب های آلی-فلزی برای جذب این گازهای بسیار مهم است و هنگامی که بهترین گزینه ها شناسایی شدند، می توانند با جزئیات محاسباتی و تجربی بیشتر مورد مطالعه قرار گیرند . از نتایج این پژوهش میتوان مکانیسم جداسازی گازهای آلاینده اکسیدهای گوگرد(SO2) و ترکیبات آلی فرار(VOCs) توسط چارچوب های آلی-فلزی از هوا را بررسی و پیش بینی نمود. ضمن اینکه با استفاده از شبیه سازی های مونت-کارلو و دینامیک مولکولی می توان خواص جذب گاز و نوع برهمکنش های موثر بین ترکیبات مختلف هوا را تعیین و از اتلاف هزینه ها جلوگیری نمود. با مدلسازی های مختلف زمینه سنتز چارچوب های آلی-فلزی ویژه جداسازی گازهای آلاینده اکسیدهای گوگرد(SO2) و ترکیبات آلی فرار(VOCs) از هوا هموارتر خواهد شد. و پس از تعیین بهترین گزینه های چارچوب های آلی-فلزی در گام دوم تولید این چارچوب های آلی-فلزی در مقیاس آزمایشگاهی و نهایتا مقیاس تجاری می باشد.
هدف کلی تعیین امکان تصفیه آلاینده های گازی اکسیدهای گوگرد(SO2) و ترکیبات آلی فرار(VOCs) توسط چارچوب های آلی-فلزی با استفاده از شبیه سازی مولکولی در خروجی اگزوز خودروها
خلاصه روش کار 1- انتخاب یک مجموعه داده مناسب از غلظت گازهای آلاینده اکسیدهای گوگرد(SO2) و ترکیبات آلی فرار(VOCs) شامل (بنزن، تولوئن، زایلن و اتیلن بنزن) در خروجی اگزوز خودروها 2- رسم و بهینه سازی ساختار شیمیایی چارچوبهای آلی-فلزی. با توجه به مطالعات اخیر که البته هنوز تکمیل نشده است، به نظر میرسد سری چارچوبهای آلی-فلزی موسوم به IRMOF و MIL عملکرد بهتری خواهند داشت. برای نمونه Cu-BTC، MIL-47، MIL-53، IRMOF18، IRMOF76 از جمله بهترین چارچوبهای آلی-فلزی در این تحقیق پیش بینی می شوند. 3- انجام محاسبات بر اساس تئوری متابعت چگالی برای پیش بینی ساختار صحیح سه بعدی چارچوبهای آلی-فلزی 4- انجام محاسبات (DFT) Density Functional Theory برای محاسبه برهمکنش و پیش بینی ساختار چگالی الکترونی بین چارچوبهای آلی-فلزی و گازهای مهمان شامل اکسیدهای گوگرد(SO2) و ترکیبات آلی فرار(VOCs) شامل (بنزن، تولوئن، زایلن و اتیلن بنزن) 5- محاسبه برهمکنش چارچوبهای آلی-فلزی با گازهای مهمان با روش شبیه سازی مونت-کارلو جهت تعیین میزان جذب و جداسازی آنها در چارچوبهای آلی-فلزی 6- استفاده از نتایج ردیف 5 برای انجام محاسبات شبیهسازی دینامیک مولکولی جهت تعیین برهمکنش های مؤثر بر فعالیت اتم های چارچوب های آلی-فلزی با گازهای مهمان شامل اکسیدهای گوگرد(SO2) و ترکیبات آلی فرار(VOCs) شامل (بنزن، تولوئن، زایلن و اتیلن بنزن) در خروجی اگزوز خودروها 7- - مقایسه نتایج محاسبات DFT و شبیه سازی دینامیک مولکولی از لحاظ انرژی و میزان جذب و جداسازی گازهای مهمان شامل اکسیدهای گوگرد(SO2) و ترکیبات آلی فرار(VOCs) شامل (بنزن، تولوئن، زایلن و اتیلن بنزن) در خروجی اگزوز خودروها 8- تصحیح مراحل 4، 5 و 6 جهت دستیابی به نیروهای بین مولکولی صحیح برای بدست آوردن نتایج صحیح در مرحله 7 9- ارزیابی و طراحی نهایی چارچوب آلی –فلزی نهایی و گزارش میزان جذب و جداسازی گازهای مهمان شامل اکسیدهای گوگرد(SO2) و ترکیبات آلی فرار(VOCs) شامل (بنزن، تولوئن، زایلن و اتیلن بنزن)

اطلاعات مجری و همکاران
hide/show

نام و نام‌خانوادگی سمت در طرح نوع همکاری درجه‌تحصیلی پست الکترونیک
محمد شادمانمجری دکترای تخصصی پی اچ دیshadman@znu.ac.ir
بهمن فرجمندهمکار farajmand@znu.ac.ir
اکبر اسلامیهمکار دکترای تخصصی پی اچ دیaeslami@sbmu.ac.ir
یداله محرابیهمکار دکترای تخصصی پی اچ دیmehrabi@sbmu.ac.ir
عباس شاهسونیمجری اصلی دکترای تخصصی پی اچ دیashahsavani@sbmu.ac.ir
مریم یاراحمدیهمکار m.yarahmadi86@gmail.com

منابع
hide/show

1- Hamon, L., Serre, C., Devic, T., Loiseau, T., Millange, F., Ferey, G., Weireld, G. D., 2009, Comparative Study of Hydrogen Sulfide Adsorption in the MIL-53(Al, Cr, Fe),MIL-47(V), MIL-100(Cr), and MIL-101(Cr) Metal-Organic Frameworks at Room Temperature, J. AM. CHEM. SOC. 131, 8775–8777. 2- Leus, K., 2012, The Development of Vanadium and Titanium Containing Metal Organic Frameworks for Applications in Adsorption and Heterogeneous Catalysis, Ph. D. Thesis. Department of Inorganic and Physical Chemistry, Univ. of Ghent, Belgium. 3- Bourrelly, S., Llewellyn, P. L., Serre, C., Millange, F., Loiseau, T., Ferey, G., 2005, Different Adsorption Behaviors of Methane and Carbon Dioxide in the Isotypic Nanoporous Metal Terephthalates MIL-53 and MIL-47, J. AM. CHEM. SOC, 2005, 127, 13519-13521. 4- Herm, Z. R., Krishna, R., Long, J. R., 2012, CO2/CH4,CH4/H2 and CO2/CH4/H2 separations at high pressures using Mg2(dobdc), Microporous and Mesoporous Materials, 151, 481–487. 5- Li, J. R., Sculley, J., Zhou, H. C., 2012, MetalOrganic Frameworks for Separations, Chem. Rev, 112, 869–932. 6- Zou, R., Fattah, A. I., Xu, H., Zhao, Y., Hickmott, D. D., 2010, Storage and separation applications of nanoporous metal–organic frameworks, CrystEngComm, 12, 1337–1353. 7- Ryan, P., Broadbelt, L. J and Snurr, R. Q. 2008. Is catenation beneficial for hydrogen storage in metal-organic frameworks? Chem. Commun., 35: 4132-4134. 8- Greathouse, J.A. and Kinnibrugh, T. L. 2009. Adsorption and separation of noble gases by irmof-1: grand canonical Monte Carlo simulation. Ind. Eng. Chem. Res., 48: 3425–3431.