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metadata.dc.type: Trabalho de Conclusão de Curso
Title: Captura de gases resultantes da queima do carvão por folhas de grafeno: um estudo computacional
metadata.dc.creator: Borges, Amanda Caroline
metadata.dc.contributor.advisor1: Bordin, José Rafael
metadata.dc.description.resumo: Nanoestruturas à base de grafeno tem mostrado um excelente potencial como membranas de separação. Especificamente, o sequestro e separação de poluentes na água e ar são tecnologias à base de grafeno promissoras que podem ajudar o futuro da humanidade. Desta forma, empregamos simulações de Dinâmica Molecular para estudar o escoamento de uma mistura de dióxido de carbono (CO2) e dióxido de enxofre (SO2) através de uma membrana constituída de várias folhas de grafeno. A membrana é colocada no centro da caixa de simulação, um paralelepípedo com lados 50,0 Å x 50,0 Å x 200,0 Å nas direções- x, y e z, respectivamente. A separação entre as folhas foi variada de 5,0 Å e 20,0 Å, e a abertura nas folhas foi fixada em 10,0 Å para todos os casos. O sistema é composto por 1000 moléculas de gás, inicialmente colocadas à esquerda da membrana. É aplicada uma força externa gerada por um gradiente de pressão, para criar um fluxo através da nanoestrutura tridimensional de grafeno. As moléculas foram modeladas usando modelos atômicos padrões da literatura, e as simulações foram realizadas usando o pacote ESPREsSo. A temperatura foi fixada em 300 K usando o termostato Langevin e as equações de movimento foram integradas usando o algoritmo Velocity-Verlet. Neste trabalho foi estudado um sistema com proporções distintas de moléculas de CO2 e SO2. Também foi analisado como a separação entre as camadas de folhas de grafeno afeta as propriedades de filtração. Nossos resultados mostram que mais de 90% das moléculas de gás foram adsorvidos ou bloqueados pela membrana, independentemente da fração de poluentes. Mesmo aplicando uma diferença de alta pressão DP = 0,1 GPa, muito maior do que a pressão osmótica utilizada nas experiências, as moléculas de gás foram bloqueadas, indicando que as membranas são altamente eficazes para a adsorção de CO2 e SO2, independentemente da pressão aplicada.
Abstract: Multilayer graphene based nanostructures have shown excellent potential as advancing separation membranes. Specifically, the sequestration and sieving of water and air pollutants are promising technologies that can help the future of the humanity. In this way, we employ extensive Molecular Dynamics simulations to study the pressure drive permeation of a mixture of two pollutant gases, carbon dioxide (CO2) and sulfur dioxide (SO2), through a graphene based membrane. The membrane was constructed with three parallel graphene sheets and placed at the center of the simulation box, a parallelepiped with sides 50.0 Å x 50.0 Å x 200.0 Å in x, y and z-directions, respectively. The separation dz between the sheets was varies from 5.0 Å or 20.0 Å, and the pore opening in the sheets was fixed in 10.0 Å. The system is composed by 1000 gas molecules, initially placed at the left of the membrane. and a external force generated by a pressure gradient is applied to create a flow trough the graphene nanosheets. The molecules were modeled using standard atomistic models from the literature, and the simulations were performed using the ESPREsSo package. The temperature was fixed in 300 K using the Langevin thermostat, and the equations of motion were integrated using the Velocity-Verlet algorithm. We study the system with distinct fractions of CO2 and SO2 molecules, and analyze how the nanosheet porosity and the layer separation between the graphene sheets will affect the filtration properties. Our results show that more than 90% of the gas molecules were adsorbed or blocked by the membrane, regardless the fraction of pollutants. Even applying a high pressure difference DP = 0.1 GPa, much higher than the osmotic pressure used in the experiments, the gas molecules were blocked. This indicates that the membranes are highly effective for CO2 and SO2 adsorption regardless the applied pressure.
Keywords: Grafeno
Modelagem computacional
Captura de CO2 e SO2
Nanofiltro
Carvão
Graphene
Computational modeling
Capture CO2 and SO2
Nanofilter
Roal
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal do Pampa
metadata.dc.publisher.initials: UNIPAMPA
metadata.dc.publisher.department: Campus Caçapava do Sul
Citation: BORGES, Amanda Caroline. Captura de gases resultantes da queima do carvão por folhas de grafeno: um estudo computacional. 2017. 42 f. Trabalho de Conclusão de Curso – Curso de Geologia, Universidade Federal do Pampa, Caçapava do Sul, 2017.
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
URI: http://dspace.unipampa.edu.br:8080/jspui/handle/riu/3340
Issue Date: 2017
Appears in Collections:Geologia

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