Efficient ranking of metal organic framework adsorbents and membranes using molecular simulations
Adsorbent ve membran metal organik yapıların moleküler simülasyonlar kullanılarak verimli sıralanması
- Tez No: 473057
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SEDA KESKİN AVCI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Monte Carlo benzetimi, Polimerik membranlar, Yüzeysel soğurma, Monte Carlo simulation, Polymeric membranes, Surface adsorption
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tezde, moleküler simülasyonlar kullanılarak adsorbent ve membran olarak kullanılan metal organik yapıların (MOF) performanslarına göre verimli bir şekilde sıralanması için yöntemler tanımlanmaktadır. İlk olarak doğal gaz (CO2/CH4), güç santrali baca gazı (CO2/N2) ve petrol rafinerilerinde (CO2/H2) rastlanan gaz karışımlarından etkili bir şekilde CO2 gazını ayırabilen MOF adsorbentler incelenmiştir. Seçicilik, iş kapasitesi, adsorpsiyon performans katsayısı, sorbent seçim parametresi, ve yenilenme yüzdesi gibi bazı adsorbent değerlendirme kriterleri 100 MOF'ta tüm gaz karışımları için incelenmiştir. Sonuçlar yenilenme yüzdesinin çok önemli bir malzeme tarama kriteri olduğunu ve seçicilikten önce değerlendirilmesi gerektiğini göstermektedir. Tezin ikinci kısmında membran temelli ayırma işlemleri için 70 farklı MOF ve 10 farklı polimerin kombinasyonundan oluşan 700 farklı karışık yataklı membran (MMM) incelenmiştir. Bu sayı şu ana kadar hesaplamalı tarama kullanılarak taranan en yüksek malzeme sayısıdır. Polimerlere dolgu malzemesi olarak uygun MOF'u seçmek, karışık yataklı membranların polimerlere göre daha yüksek CO2/N2 seçiciliğine ve CO2 geçirgenliğine sahip olmasını sağlamıştır. Halihazırda yüksek CO2/N2 seçiciliğine ve düşük CO2 geçirgenliğine sahip polimerler için MOF'un yapısal özelliklerinin bir önemi olmadığı da keşfedilmiştir. Adsorbent ve membran değerlendirme kriterlerinden edinilen bu sonuçlar daha sonra metandan azot ayrımında (CH4/N2) uygulanmıştır. CH4/N2 ayrımında kullanılan 102 MOFun membran seçiciliği ve gaz geçirgenliğini ölçmek için adsorpsiyon ve difüzyon verileri kullanılmıştır. Ek olarak, deneysel çalışmalara rehberlik edebilmesi amacıyla, kolayca hesaplanabilen gözenek boyu, yüzey alanı ve porozite gibi bazı yapısal özelliklerle, performans değerlendirme kriterleri arasındaki ilişki incelenmiş ve bir yapı-nitelik bağlantısı sunulmuştur.
Özet (Çeviri)
In this thesis, efficient ranking methods for promising metal organic framework (MOF) adsorbents and membranes were defined using molecular simulations. First, MOF adsorbents that can efficiently separate CO2 from natural gas (CO2/CH4), power plant flue gas (CO2/N2) and petroleum refineries (CO2/H2) were investigated. Several adsorbent evaluation metrics including selectivity, working capacity, adsorption figure of merit, sorbent selection parameter, per cent regenerability were computed for 100 different MOFs and for each gas separation. Results showed that regenerability is a very important metric to screen the materials at the first step of the adsorbent search and MOFs can be then ranked based on their selectivities. In the second part of thesis, gas permeability and selectivity of 700 new mixed matrix membranes (MMMs) composed of 70 different MOFs and 10 different polymers were calculated for CO2/N2 separations. This was the largest number of MOF-based MMMs for which computational screening was done to date. Selecting the appropriate MOFs as filler particles in polymers resulted in MMMs that have higher CO2/N2 selectivities and higher CO2 permeabilities compared to pure polymer membranes. It was found that for polymers that have low CO2 permeabilities but high CO2 selectivities, the identity of the MOF used as filler is not important. The outcome of adsorbent evaluation and membrane evaluation results were then applied for nitrogen separation from methane (CH4/N2). Combined adsorption and diffusion data obtained from molecular simulations were used to predict both membrane selectivities and gas permeabilities of 102 MOFs for separation of CH4/N2 mixtures. The relations between easily computable structural properties such as pore sizes, surface areas and porosities of MOFs and performance evaluation metrics were also examined to provide structure-property relationships that can serve as a guide for experimental studies.
Benzer Tezler
- Separation performance of MOF adsorbents and membranes: Effect of charge equilibration methods
MOF adsorban ve membranlarının ayırma performansları: Yük dengeleme metodlarının etkileri
ÖZGE KADIOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
KimyaKoç ÜniversitesiKimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEDA KESKİN AVCI
- Computational investigations of metal organic frameworks and covalent organic frameworks for gas storage and gas separation applications
Başlık çevirisi yok
EZGİ GÜLÇAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Kimya MühendisliğiÖzyeğin ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İLKNUR ERUÇAR FINDIKÇI
- Bazı besiyeri faktörlerinin mısır (Zea mays L.) ve arpa (Hordeum vulgare L.) embriyo kültürleri üzerine etkileri
Başlık çevirisi yok
ATALAY SÖKMEN
Yüksek Lisans
Türkçe
1987
BiyolojiCumhuriyet ÜniversitesiBiyoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. RAHMİ BİLALOĞLU
- Adana ili, turunçgil toptan fiyatlarının analizi
Başlık çevirisi yok
USULET ÖZTUNÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
1987
ZiraatÇukurova ÜniversitesiTarım Ekonomisi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OĞUZ YURDAKUL