Strukturní a dynamické vlastnosti směsi CO2/H2O v minerálních pórech

Bc. Daniel ZAVIČÁR

Master's thesis

Structural and dynamical properties of CO2/H20 mixture in mineral pores

Abstract:

Diplomová práce se zabývá mikroskopickým chováním směsí vody a CO2 s přidáním a bez přidání NaCl soli v pórech jílu. Jsou uvažovány podmínky hlubinného ukládání CO2. Póry jílu jsou modelovány jako slity montmorilonitu s šířkou od 7 do 22 A. Tyto šířky pokrývají rozsah od pórů jílu bez adsorbované tekutiny až do pórů jílu s kpalnou vrstvou uprostřed pórů. Strukturní a dynamické vlastnosti směsí v pórech jsou simulovány pomocí molekulární dynamiky. Joung-Cheatham model iontů, SPC/E model vody, EPM2 model CO2 and CLAYFF model pro stěny pórů jsou pak použity v simulacích. Zajímavým výsledkem práce je určení křivek bobtnání pro různé složení systému, které popisují závislost objemu pórů na množství adsorbované tekutiny. Další výsledky jako hustotní profily molekul složek systému a jejich difuzní koeficienty přispívají k hlubšímu pochopení mikroskopického chování tekutin v nanometrických geologických pórech.

Abstract:

The MSc thesis deals with microscopic behaviour of confined water-CO2 mixtures with and without addition of NaCl salt in clay pores at conditions relevant for CO2 sequestration. Clay pores are represented by pyrophyllite and Na-montmorillonite slits of a width ranging from about 7 to 22 A, covering clay pores from dry clay to clay pores with a bulk-like layer in the middle of the pore. Molecular dynamics simulations are employed and structure and dynamics of the confined mixtures at different system compositions are studied. The Joung-Cheatham model for ions, SPC/E model for water, EPM2 model for CO2 and CLAYFF for the clay pores are used. Interesting properties involve swelling curves for different system compositions that show nonlinear dependency of pore volume on amount of adsorbed fluid. Results, including forming of molecular layers with different density and composition in montmorillonite slits and diffusion coefficients of fluid molecules, provide a deeper molecular-level picture into behaviour of confined fluids in porous geological systems.

Keywords

hlubinné ukládání CO2, křivka bobtnání, molekulární dynamika, póry montmorilonitu, tekutiny v nanometrických pórech

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 27. 4. 2017

Thesis defence

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

JAN EVANGELISTA PURKYNĚ UNIVERSITY IN ÚSTÍ NAD LABEM

Faculty of Science

Master programme / field:
Physics / Computer Modelling in Science and Technology