نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• آرش رجبی وحید
• مهدی صاحبی

دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی قم، قم، ایران

چکیده

اختلاف دما دو طرف یک غشا که در یک‌طرف آب ناخالص و در طرف دیگر آب خالص وجود دارد، می‌تواند به تصفیه آب بیانجامد. عدم تقارن انرژی جنبشی مولکولی در دو سمت غشاء باعث رانش آب خالص از سمت گرم به سرد می‌شود. در پژوهش حاضر یک سیستم تصفیه غشائی مبتنی بر اختلاف دما میان منابع آب که دارای نانولوله‌های کربنی است با روش شبیه‌سازی دینامیک مولکولی موردبررسی قرارگرفته است. تأثیر عوامل مختلف بر میزان عبور آب و دفع نمک بررسی‌شده است. نتایج شبیه‌سازی‌ها امکان‌پذیری استفاده از نیروی رانش گرمایی جهت تصفیه آب با غشاء‌های دارای نانولوله‌های کربنی را تائید می‌کند. نتایج نشان می‌دهد که با افزایش دمای منبع گرم مقدار عبور آب و سرعت تصفیه افزایش می‌یابد. به‌طوری‌که افزایش اختلاف دمای میان منابع از 15 به K 60 باعث افزایش 30 درصدی تصفیه آب می‌شود. درعین‌حال احتمال عبور ناخالصی‌ها از نانولوله نیز زیاد می‌شود. همچنین افزایش غلظتِ ناخالصی باعث کاهش سرعت فرایند تصفیه می‌شود. افزایش قطر نانولوله تا Å 15 موجب افزایش سرعت تصفیه آب می‌شود. در نانولوله‌هایی با قطر کمتر از Å 15، 100% ناخالصی‌ها دفع می‌شوند. از میان نانولوله‌های بررسی‌شده، بهترین عملکرد برای نانولوله کربنی از نوع آرمچیر (در قیاس با کایرال و زیگزاگ) به دست‌ آمد.

کلیدواژه‌ها

• اختلاف دما
• تصفیه آب
• شبیه‌سازی دینامیک مولکولی
• نانولوله کربنی

موضوعات

• فناوری نانو

عنوان مقاله [English]

Molecular dynamics simulation of water purification using carbon nanotube membrane and thermal driving force

نویسندگان [English]

• Arash Rajabi-Vahid
• mahdi sahebi

Department of mechanical engineering, Qom university of technology, Qom, Iran

چکیده [English]

The temperature difference between the pure and impure water on the two sides of a membrane can lead to water purification. The asymmetry of molecular kinetic energy on both sides of the membrane causes pure water to move from the hot side to the cold one. In this research, a carbon nanotube membrane filtration system based on the temperature difference between water sources has been investigated by the molecular dynamics simulation method. The effect of various factors has been investigated. The simulation results confirm the possibility of using a thermal driving force for water purification with carbon nanotubes. The results show that by increasing the hot source temperature, the water passage and the purification speed increase. Such that increasing the temperature difference between sources from 15 to 60 K increases the water purification rate by 30%. Simultaneously, the possibility of impurities passing through the nanotube also increases. Increasing the impurity concentration slows down the purification process. Increasing the diameter of the nanotube up to 15 Å increases the water purification rate. In nanotubes with a diameter of less than 15 Å, 100% of impurities are removed. Among the examined nanotubes, the best performance was obtained for the armchair carbon nanotube.

کلیدواژه‌ها [English]

• Carbon nanotube
• Molecular dynamic simulation
• Temperature difference
• Water purification