نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک-دانشگاه صنعتی قم- قم- ایران

2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی قم، قم، ایران

چکیده

اخیراً، استفاده از نانولوله‌های کربنی برای بهبود فرایند تصفیه آب به روش اسمز معکوس پیشنهاد شده است. روشن شدن سازوکار فرایند تصفیه در این نانولوله‌ها تأثیر شایانی در توسعه این فناوری دارد. در این پژوهش به‌منظور روشن‌تر شدن سازوکار این فرایند در مقیاس مولکولی و سنجش عوامل تأثیرگذار، مسئله تصفیه آب از محلول آب و نمک به‌وسیله فیلترهای متشکل از نانولوله‌های کربنی، به روش شبیه‌سازی دینامیک مولکولی موردبررسی قرارگرفته است. عواملی همچون قطر نانولوله، فشار اعمالی و میزان تخلخل، موردمطالعه قرارگرفته است. نتایج شبیه‌سازی‌ها نشان‌دهنده عبور آب از نانولوله به‌صورت یک زنجیره منظم مولکولی است. حاصل این پدیده کاهش شدید اصطکاک در نانولوله است. نتایج مشخص کرد که کاهش فشار تصفیه موجب افزایش دفع نمک و البته کاهش آب عبوری از نانولوله‌ها می‌شود که در طراحی بهینه سیستم باید موردتوجه قرار گیرد. افزایش میزان تخلخل غشاء برای یک نانولوله مشخص تأثیری در نمک‌زدایی ندارد، درحالی‌که به‌شدت دبی آب عبوری را افزایش می‌دهد. نتایج شبیه‌سازی‌ها نشان داد که در صورت استفاده از نانولوله (10،10)، دبی آب عبوری در فشار MPa 100 برابر با mL/s 7 به ازای سطح مقطع واحد از فیلتر خواهد بود. نتایج این پژوهش حاکی از پتانسیل بالای نانولوله‌های کربنی برای استفاده در تصفیه آب است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Molecular dynamics simulating the performance of carbon nanotubes in water desalination

نویسندگان [English]

  • omid ghader 1
  • mahdi sahebi 2

1 Mechanical engineering department, Qom University of Technology, Qom, Iran

2 Mechanical engineering department, Qom University of Technology, Qom, Iran

چکیده [English]

Recently, the use of carbon nanotubes in water treatment membranes has been proposed. Understanding the mechanism of the process in nanotubes may have a significant impact on the development of this technology. In this study, to clarify the molecular mechanism and measure the impact of the effective factors, the water desalination process by filters consisting of carbon nanotubes has been investigated by the molecular dynamics simulation method. The effect of factors such as nanotube diameter applied pressure and porosity on the process is studied. The results showed that reducing the filtration pressure increases salt rejection. However, reducing the pressure reduces the water flow through the nanotubes, which should be considered in the optimal design of the treatment system. Increasing the porosity of the membrane for a given nanotube does not have a significant effect on the desalination rate, but it greatly increases the flow rate. The simulation results showed that if the geometry studied in this study is used as a filter for nanotubes (10, 10), the flow rate of water at a pressure of 100 MPa will be equal to 7 mL/s per unit cross-section of the filter.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Molecular simulation
  • desalination
  • water purification
  • carbon nanotubes
  • lammps