Strukturní a dynamické vlastnosti směsi CO2/H2O v karbonových nanotrubičkách

Martin SVOBODA

Diplomová práce

Structural and dynamic properties of mixtures of CO2/H2O in carbon nanotubes

Anotace:

Diplomová práce se zabývá problematikou strukturních a dynamických vlastností směsi H2O a CO2 v jednovrstvých uhlíkových nanotrubičkách (CNT). Uvažuji nanotrubičky (10,10) a (15,15), kterým odpovídají průměry 13.6 a 20.3 A. Dále množství předadsorbované vody odpovídá hodnotám 0.025, 0.1 a 0.2 g/cm3. Hustota oxidu uhličitého v CNT odpovídá maximálnímu množství adsorbované při teplotě 300 K a tlaku 37.6 bar, které bylo vypočítáno pomocí grand kanonické Monte Carlo simulace (L. Liu and S. K. Bhatia, J. Phys. Chem. C 117, 13479 2013). Struktura tekutiny v CNT je zkoumána pomocí hustotních profilů v axiálním a radiálním směru spolu s výpočtem Legenderova polynomu 2. řádu pro popis natočení molekul. Difuze kapaliny je zkoumána pomocí časově závislého i prostorově závislého středního kvadratického posunutí v axiálním směru. Z výsledků bylo zjištěno, že tyto systémy tvoří oddělené oblasti s CO2 a H2O klastry. Uzavřená tekutina v CNT vytváří vrstvy závislé na průměru nanotrubičky, ale již ne výrazně závislé na množství předadsorbované vody. Difuze je ovšem výrazně závislá na množství předadsorbované vody stejně tak na prostorových rozdílech v hustotě.

Abstract:

The thesis deals with structural and dynamical properties of CO2 and H2O mixture in single-walled carbone nanotubes (CNT). I consider (10,10) and (15,15) CNTs with diameters 13.6 A ,and 20.3 A, respectively. Furthermore, the amount of preadsorbed water equal to 0.025, 0.1 and 0.2 g/cm3. The density of carbone dioxide in the CNTs corresponds to the maximum amount adsorbed at temperature of 300 K and pressure of 37.6 bar, as previously determined by grand canonical Monte Carlo simulations (L. Liu and S. K. Bhatia, J. Phys. Chem. C 117, 13479, 2013). The structure of fluids in the CNTs is examined via density profiles in the axial and radial directions along with the second-order Legendre polynomial to describe the molecular orientation. The diffusion of fluids is investigated using time-dependent and space-dependent mean-square-displacements in the axial direction. Simulations reveal that the sytems consist of separate regions of CO2 and H2O clusters. Confined fluids in CNTs form layers depending on CNT diameter, but not strongly depending on the amount of preadsorbed water. However, diffusion is strongly dependent on the amount of preadsorbed water as well as on the space variation in fluid densities.

Klíčová slova

difuze, hustotní profil, klastry vody, molekulární dynamika, oxid uhličitý, střední kvadratické posunutí, uhlíkové nanotrubičky, voda

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 22. 4. 2015

Zveřejnit od: 31. 12. 2999

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: prof. Ing. Martin Lísal, DSc.

UNIVERZITA JANA EVANGELISTY PURKYNĚ V ÚSTÍ NAD LABEM

Přírodovědecká fakulta

Magisterský studijní program / obor:
Fyzika / Počítačové modelování ve vědě a technice