| Περίληψη: | Ο σχεδιασμός καινοτόμων νανοδομημένων μεμβρανών αποτελεί μία πολλά υποσχόμενη λύση για την αποτελεσματική και χαμηλού κόστους επεξεργασία των λυμάτων. Συνεπώς, η επιλογή των κατάλληλων υλικών και η βελτιστοποίηση των ιδιοτήτων διαπερατότητας τους αποτελούν βασικά ζητήματα. Οι νανοσωλήνες άνθρακα αποτελούν μία πολύ ελκυστική επιλογή λόγω της ικανότητας απόρριψης οργανικών ρύπων χαμηλού μοριακού βάρους. Γι’ αυτό το λόγο, η διεξαγωγή μοριακών προσομοιώσεων είναι πολύ σημαντική, όσον αναφορά τη μελέτη της ρόφησης και της μεταφοράς των μορίων αυτών, έτσι ώστε να επιτευχθεί καλύτερος σχεδιασμός των υλικών.
Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η αυτό-οργάνωση και η διάχυση μορίων χαμηλού μοριακού βάρους εντός νανοσωλήνων άνθρακα σε σχέση με τη διάμετρο των πόρων του. Αρχικά, με τη βοήθεια ενός ατομιστικού αλγορίθμου Monte Carlo, κατέστη δυνατή η μελέτη της ρόφησης και της δομής των μορίων νερού εντός των νανοσωλήνων άνθρακα, σε συνάρτηση με τη διάμετρο τους, ενώ ο αλγόριθμος μπορεί να επεκταθεί έτσι ώστε να μελετηθεί η αυτό-οργάνωση και άλλων μικρών μορίων. Στην περίπτωση μας, παρατηρήθηκε ισχυρή εξάρτηση της δομής του εγκλεισμένου νερού από τη διάμετρο των υδροφοβικών νανοπόρων. Ο δεύτερος ατομιστικός αλγόριθμος που αναπτύχθηκε βασίζεται στη μέθοδο της Μοριακής Δυναμικής (MD) και μας επιτρέπει να υπολογίσουμε τις δυναμικές ιδιότητες των μορίων που ροφώνται εντός του νανοσωλήνα άνθρακα, ως συνάρτηση πάλι της διαμέτρου του.
Η εφαρμογή και των δύο αλγορίθμων (MC και MD) είναι πολύ σημαντική, καθώς αρχικά με την υλοποίηση του αλγόριθμου Monte Carlo (MC), χρησιμοποιώντας μια σειρά από δραστικές κινήσεις, μπορούν να μελετηθούν οι δομικές ιδιότητες του συστήματος που μας ενδιαφέρει. Στη συνέχεια, μπορούν να πραγματοποιηθούν προσομοιώσεις MD χρησιμοποιώντας ως αρχική απεικόνιση μία διαμόρφωση από το MC η οποία θα βρίσκεται σε κατάσταση θερμοδυναμικής ισορροπίας. Το γεγονός αυτό καθίσταται πολύ σημαντικό για αρκετά μεγάλα μόρια, των οποίων η προσομοίωση MD απαιτεί τεράστιο υπολογιστικό χρόνο, καθώς η ρόφηση εντός των νανοσωλήνων άνθρακα μπορεί να είναι αρκετά χρονοβόρα. Αντίθετα για μικρά μόρια, οι προσομοιώσεις Μοριακής Δυναμικής μπορούν να προβλέψουν αξιόπιστα τα χαρακτηριστικά της ρόφησης σε εύλογο χρονικό υπολογιστικό διάστημα. Μέχρι τώρα, έχουν υλοποιηθεί προσομοιώσεις MD για να προβλεφθεί η αυτό-οργάνωση και η υδροδυναμική συμπεριφορά όχι μόνο του νερού αλλά και άλλων μορίων (όπως η τυροσόλη, το βανιλλικό οξύ και το π-κουμαρικό οξύ) για πολυθρονικούς μονοφλοιικούς νανοσωλήνες άνθρακα, με τα αποτελέσματα να εμφανίζουν μεγάλη εξάρτηση από τη διάμετρο των πόρων των νανοσωλήνων.
|
|---|
