Separación de CO2 y N2 por adsorción en C168 schwarzite: una combinación de mecánica cuántica y estudio de simulación...

Área de la Ciencia:

• Química computacional y ciencias de los materiales.
• Materiales nanoporosos y adsorción de gases.
• Tecnologías de captura y separación de carbono.

Sus antecedentes:

• Los carbonos nanoporosos son materiales prometedores para la separación de gases.
• El modelado preciso de la adsorción de gases requiere potenciales de interacción precisos.
• Es posible que los modelos existentes basados en grafito plano no capturen completamente el comportamiento en estructuras nanoporosas complejas.

Objetivo del estudio:

• Para investigar la adsorción de dióxido de carbono (CO2) y nitrógeno (N2) en C168) schwarzite, un modelo de carbono nanoporoso.
• Para comparar las propiedades de adsorción utilizando potenciales de mecánica cuántica ab initio frente a potenciales empíricos.
• Para evaluar la selectividad de CO2/N2 en carbonos nanoporosos para la separación de gases de combustión.

Principales métodos:

• Enfoque multiscala jerárquico que combina la mecánica cuántica (MQ) y las simulaciones moleculares.
• Cálculos de QM ab initio para determinar los potenciales de interacción adsorbido-adsorbente.
• Simulaciones atomisticas de Monte Carlo para predecir el comportamiento de adsorción y la selectividad.

Principales resultados:

• Los potenciales ab initio producen mayores extensiones de adsorción, energías y calor para CO2 y N2 en comparación con el potencial empírico de Steele.
• La adsorción de CO2 se mejora en coberturas altas mediante la inclusión de su momento eléctrico cuádrupolo; la adsorción de N2 no se ve afectada.
• C(168) muestra una selectividad significativamente mayor de CO2/N2 con potenciales ab initio que con potenciales de Steele, superando al ZSM-5 de todo silicio pero no al ZSM-5 intercambiado con Na.

Conclusiones:

• Los potenciales de interacción adsorbido-adsorbente precisos derivados de la QM son cruciales para las predicciones confiables de la adsorción de gases.
• Los carbonos nanoporosos, en particular el C(168) schwarzite, demuestran un potencial significativo para la separación de los gases de combustión.
• La elección del modelo potencial influye fuertemente en la adsorción y la selectividad previstas, lo que subraya la necesidad de simulaciones precisas.