Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work we present a computational study of the properties of water transport
across membranes formed of carbon nanotubes (CNT) armchair with different diameters,
when subjected to pressure gradients 80-400 MPa. This study was made through the
implementation of the method of molecular dynamics code NAMD. The model adopted for
our simulation consists of a unit cell containing water molecules that will cross through the
reverse osmosis process, 9 carbon nanotubes 20Å in length, using the periodic boundary
conditions. The results show a quadratic dependence of the flow on the diameter of the
nanotubes. CNT in smaller diameters, the dependence of the flow on the pressure applied is
small. This behavior differs for larger diameter nanotubes, where the flow increases linearly
with pressure. When analyzing the mean square displacement (MSD) as a function of the
diameter of the CNT, we found the occurrence of a regime of ballistic diffusion for all cases.
The effect of CNT on the diameter of MSD for the same pressure gradient indicates
differences between the coefficients of diffusion of the bulk water and CNT. We found
evidence of the occurrence of a non-Fickian transport for this condition of confinement. The
analysis flow of water molecules suggests that the CNT membranes can apparently be
competitive systems with existing techniques and used on the market for water purification. / Neste trabalho apresentamos um estudo computacional das propriedades de transporte
da água através de membranas formadas por nanotubos de carbono (NC) armchair de
diferentes diâmetros, quando submetidos a gradientes de pressão de 80 a 400 MPa. A
realização deste estudo se deu através da implementação do método de Dinâmica Molecular
ao código NAMD. O modelo adotado para a nossa simulação consta de uma célula unitária
contendo moléculas de água que irão atravessar, através do processo de osmose reversa, 9
nanotubos de carbono de 20Å de comprimento, valendo-se das condições periódicas de
contorno. Os resultados obtidos demonstram uma dependência quadrática do fluxo com o
diâmetro dos nanotubos. Em NC de diâmetros menores, a dependência do fluxo com a
pressão aplicada é pequena. Este comportamento difere para nanotubos de diâmetros maiores,
onde o fluxo aumenta linearmente com a pressão. Quando analisado o deslocamento
quadrático médio (MSD) como função do diâmetro dos NC, verificamos a ocorrência de um
regime de difusão balístico para todos os casos. O efeito do diâmetro dos NC sobre o MSD,
para um mesmo gradiente de pressão, indica diferenças entre os coeficientes de difusão da
água bulk e NC. Foram encontradas evidências de ocorrência de um transporte não Fickiano
para esta condição de confinamento. A análise da vazão das moléculas de água sugere que as
membranas de NC podem, aparentemente, ser sistemas competitivos com as técnicas já
existentes e utilizadas no mercado para purificação de água.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsm.br:1/9228 |
| Date | 08 February 2013 |
| Creators | Segatto, Carla Adriane Ramos |
| Contributors | Silva, Leandro Barros da, Dorneles, Lucio Strazzabosco, Machado, Marcelo Pereira |
| Publisher | Universidade Federal de Santa Maria, Programa de Pós-Graduação em Física, UFSM, BR, Física |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSM, instname:Universidade Federal de Santa Maria, instacron:UFSM |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 100500000006, 400, 300, 300, 500, 300, da4a5314-c9ef-4f01-8ec3-96344d115785, 76d70a77-9400-459d-88c5-9b781bea84a1, 016c11ea-eccc-4fc8-a476-75b7705b928d, 7594fe16-e191-45e6-875b-a1a0bab43633 |
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