شبیه‎ سازی دینامیک مولکولی تصفیه آب با نیروی رانش گرمایی و غشا متشکل از نانولوله ‎های کربنی

اختلاف دما دو طرف یک غشا که در یک‌طرف آب ناخالص و در طرف دیگر آب خالص وجود دارد، می‌تواند به تصفیه آب منجر شود. 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 بود با روش شبیه‌سازی دینامیک مولکولی موردبررسی قرارگرفت. تاثیر عوامل مختلف بر میزان عبور آب و دفع نمک بررسی‌شد. نتایج شبیه‌سازی‌ها امکان‌پذیری استفاده از نیروی رانش گرمایی جهت تصفیه آب با غشاء های دارای نانولوله های کربنی را تائید کرد. نتایج نشان داد که با افزایش دمای منبع گرم مقدار عبور آب و سرعت تصفیه افزایش می یابد. ‌طوری‌که افزایش اختلاف دمای میان منابع از 15 به k 60 باعث افزایش 30% تصفیه آب شد. درعین‌حال احتمال عبور ناخالصی‌ها از نانولوله نیز زیاد شد. همچنین افزایش غلظتِ ناخالصی باعث کاهش سرعت فرایند تصفیه می‌شود. افزایش قطر نانولوله تا nm 0.015 موجب افزایش سرعت تصفیه آب ‌شد. در نانولوله‌هایی با قطر کمتر از nm 0.015، 100% ناخالصی‌ها دفع می‌شوند. از میان نانولوله‌های بررسی‌شده، بهترین عملکرد برای نانولوله کربنی از نوع آرمچیر به دست‌ آمد.

molecular dynamics simulation of water treatment using thermal driving force and carbon nanotube membrane

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.