Molecular simulation of ionic liquids for enviroment - friendly technological applications
Στην παρούσα Διδακτορική Διατριβή μια μεθοδολογία μοριακής προσομοίωσης εφαρμόσθηκε για την μελέτη ιοντικών υγρών που περιλαμβάνουν κατιόντα με βάση το ιμιδαζόλιο και δύο διαφορετικά ανιόντα, το διτριφλουορομεθυ-λοσουλφονύλιο ([Cnmim+][Tf2N-]) και το τρικυανομεθανίδιο ([Cnmim+][TCM-]). Ο κύριος στόχος της Διδακτορικής Διατριβής ήταν η διερεύνηση των ιδιοτήτων των καθαρών υλικών και η μελέτη των ιδιοτήτων διαπερατότητας και εκλεκτικότητάς τους σε παράγωγα αέρια μονάδων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας καύσης άνθρακα και ιδιαιτέρως, της ικανότητάς τους να δεσμεύουν διοξείδιο του άνθρακα (CO2), το πλέον υπεύθυνο αέριο για το φαινόμενο του θερμοκηπίου. Χρησιμοποιήθηκαν βελτιστοποιημένα πεδία δυνάμεων για την διενέργεια προσομοιώσεων μοριακής δυναμικής (ΜΔ) σε μεγάλο θερμοκρασιακό εύρος και σε ατμοσφαιρική πίεση ώστε να προβλεφθούν οι διάφορες θερμοδυναμικές, δομικές και δυναμικές ιδιότητες, καθώς επίσης και για να γίνει η ανάλυση της σύνθετης μικροσκοπικής συμπεριφοράς των υπό μελέτη υλικών. Είναι η πρώτη φορά που ιοντικά υγρά με ιμιδαζολικά κατιόντα και ανιόν το [TCM-] μελετώνται με χρήση ενός κλασσικού ατομιστικού πεδίου δυνάμεων το οποίο και βελτιστοποιήθηκε ώστε να προβλέπονται με ακρίβεια η πυκνότητα και οι συντελεστές αυτό-διάχυσης των ιόντων. Οι διαχυτότητες των αερίων υπολογίστηκαν με διεξαγωγή επιπρόσθετων προσομοιώσεων ΜΔ ενώ οι διαλυτότητές τους στα υπό μελέτη υλικά υπολογίσθηκαν με χρήση της μεθόδου ένθεσης σωματιδίου ελέγχου του Widom. Οι προβλεπόμενες εκλεκτικότητες απορρόφησης για τις δύο οικογένειες ιοντικών υγρών καταδεικνύουν τα ιμιδαζολικά [TCM-] ιοντικά υγρά ως πολύ υποσχόμενα υλικά για χρήση σε διεργασίες διαχω-ρισμού αερίων και ιδιαιτέρως, σε εφαρμογές που στοχεύουν στην δέσμευση διοξειδίου του άνθρακα από μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας καύσης άνθρακα. Η επίδραση του ανιόντος, τους μήκους της αλκυλικής αλυσίδας του κατιόντος και της θερμοκρασίας στις υπό μελέτη ιδιότητες μελετήθηκε σε βάθος, ενώ εξάχθηκε ένα πλήθος συμπερασμάτων που αφορά στους μοριακούς μηχανισμούς που ελέγχουν την μακροσκοπική συμπεριφορά των υπό μελέτη υλικών. Τα αποτελέσματα της μοριακής προσομοίωσης είναι σε κάθε περίπτωση σε πολύ καλή συμφωνία με τα πειραματικά δεδομένα
