跨多个尺度的建模设计生物聚合物膜,以实现可持续的气体分离:2-多个尺度的方法

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 化学工程是化学工程的重要组成部分.
• 计算化学计算化学

背景情况:

• 目前用于气体分离的膜材料往往是不可再生的和不可生物降解的.
• 评估新的生物基聚合物通常涉及昂贵和耗时的实验.
• 建模方法可以减少评估替代材料的实验负担.

研究的目的:

• 开发和验证一种多尺度建模方法,用于评估聚3-基酸盐-3-基酸盐 (PHBV) 共聚合物的CO2/CH4分离性能.
• 将多尺度方法与完全原子化的模拟和实验数据进行比较.
• 建立一个时间效率高的方法来预测生物基聚合物的气体吸附行为和选择性.

主要方法:

• 使用分子动力学 (MD) 来生成压力-体积-温度 (PVT) 数据的模拟PHBV结构.
• 使用PVT数据参数化了桑切斯-拉康贝状态方程.
• 在各种条件下在PHBV共聚合物中评估了CO2和CH4溶解度和基于吸附的选择性.

主要成果:

• 多尺度模型准确地预测了PHBV共聚物中CO2和CH4的溶解度.
• 对CO2/CH4混合物的基于吸附的选择性显示出与完全原子化的模型和实验结果的合理一致.
• 与完全原子化的模拟相比,多尺度的方法所需的计算精力要少得多.

结论:

• 拟议的多尺度建模方法是对广泛的实验研究和完全原子化的模拟的节省时间和准确的替代方案.
• 这种方法可以显著加速开发和采用可再生材料用于气体分离应用.
• 这项研究强调了生物基PHBV共聚合物的CO2/CH4分离潜力.