31135

شبيه‌سازي ديناميك مولكولي تصفيه‌ي آب با كمك عامل‌دار كردن نانولوله‌هاي كربني

كارشناسي ارشد

فيزيك

1400

1403/04/09

دكتر روح اله حاجي عبدالوهاب

نداشتم

فيزيك

باتوجه به رشد ميزان مصرف آب،كمبود منابع آبي قابل شرب و اهميت حذف يون‌هاي فلزي سنگين روي موجود در فاضلاب صنعتي و شهري، در اين پژوهش با استفاده از شبيه‌سازي ديناميك مولكولي عبور محلول آب و يون‌هاي روي و كلريد از نانولوله‌هاي كربني خالص و عامل‌دار با فلوئور، در قطرهاي متفاوت 21/1، 34/1 و 48/1 نانومتر (به ترتيب متناسب با كايراليته‌هاي (9و9)، (10و10) و(11و11)) تحت ميدان الكتريكي خارجي در بازه ولتاژ 3 تا 6 ولت بررسي شد. هدف از اين شبيه‌سازي‌ها درك و مقايسه‌ي قابليت نانولوله‌هاي كربني خالص و عامل‌دار در تصفيه آب از فلزات سنگين روي بود. نتايج نشان داد كه نانولوله‌هاي عامل‌دار (9و9) و (10و10) در بازه ولتاژ 3 تا 6 ولت از عبور يون‌هاي فلزي روي جلوگيري مي‌كنند و براي تصفيه‌ي آب از اين نوع آلاينده مؤثر هستند. افزايش قطر نانولوله‌ها و ولتاژ به طور مستقيم با جريان يون‌هاي روي و كلر محلول در آب رابطه داشت. در تمامي سيستم‌ها، عبور يون‌هاي كلر بيشتر از يون‌هاي روي بود. چگالي احتمال كاتيون‌هاي روي در طول z سيستم نشان داد كه در نانولوله‌هاي عامل‌دار، كاتيون‌هاي روي جريان نداشتند و توسط گروه عاملي فلوئور در ابتدا و انتهاي نانولوله‌ها جذب مي‌شدند، در حالي كه نانولوله‌هاي كربني خالص اين قابليت را نداشتند. مقايسه شار آب عبوري از نانولوله‌هاي خالص و عامل‌دار در ولتاژهاي 5 و 6 ولت نشان داد كه سيستم‌هاي عامل‌دار شار آب بالاتري نسبت به نانولوله‌هاي كربني خالص دارند. در نانولوله‌هاي كربني خالص، جريان همزمان يون‌هاي روي و كلر مشاهده‌شد. شار خالص آب در تمامي سيستم‌هاي عامل‌دار بالاتر از سيستم‌هاي كربني خالص با ولتاژ و قطر يكسان بود. همچنين، ممان دوقطبي مولكول‌هاي آب با افزايش ولتاژ، نظم بيشتري در راستاي ميدان الكتريكي خارجي پيدا كردند. با بررسي تأثير قطر نانولوله‌هاي كربني بر ساختار آب درون آن‌ها مشخص‌ شد كه با افزايش قطر نانولوله‌ها، چگالي آب داخل آن‌ها افزايش يافته و ساختارهاي آبي درون نانولوله‌ها براي قطرهاي مختلف متفاوت است.

1403/05/08

Molecular Dynamics Simulation of Water Purification Using Functionalized Carbon Nanotubes

6/30/2025 12:00:00 AM

Given the increasing water consumption, the shortage of potable water resources, and the importance of removing heavy metal ions like zinc from industrial and urban wastewater, this study investigates the passage of water solutions and zinc and chloride ions through pure and fluorine-functionalized carbon nanotubes with diameters of 1.21, 1.34, and 1.48 nanometers (corresponding to chiralities (9,9), (10,10), and (11,11), respectively) under an external electric field in the voltage range of 3 to 6 volts using molecular dynamics simulation. The aim of these simulations was to understand and compare the ability of pure and functionalized carbon nanotubes in purifying water from heavy metals like zinc. The results showed that functionalized nanotubes (9,9) and (10,10) prevented the passage of zinc metal ions in the voltage range of 3 to 6 volts and were effective for water purification from this type of pollutant. The increase in nanotube diameter and voltage was directly related to the flow of zinc and chloride ions dissolved in water. In all systems, the passage of chloride ions was higher than that of zinc ions. The probability density of zinc cations along the z-axis of the system showed that in functionalized nanotubes, zinc cations did not flow and were absorbed by the fluorine functional groups at the entrances and exits of the nanotubes, whereas pure carbon nanotubes lacked this capability. Comparing the water flux through pure and functionalized nanotubes at voltages of 5 and 6 volts showed that functionalized systems have a higher water flux than pure carbon nanotubes. In pure carbon nanotubes, the simultaneous flow of zinc and chloride ions was observed. The net water flux in all functionalized systems was higher than in pure carbon systems with the same voltage and diameter. Additionally, the dipole moment of water molecules became more aligned with the applied external electric field as the voltage increased. By examining the effect of carbon nanotube diameter on the structure of water inside them, it was found that as the nanotube diameter increased, the water density inside them increased, and the water structures within the nanotubes differed for different diameters.

شبيه‌سازي ديناميك مولكولي , نانولوله‌هاي كربني عامل‌دار , تصفيه آب , ميدان الكتريكي , يون‌هاي فلزي سنگين

Molecular Dynamics Simulation , Functionalized Carbon Nanotubes , Water Purification , Electric Field , Heavy Metal Ions

mahsa mohseni nia

rouhollah haji abdolvahab