Gaz ayrışımlarında kullanılmak üzere kovalent organik gözenekli yapıların gaz ayırma performansının kapsamlı hesaplamalı taraması

Baca gazından CO2 tutulması ve doğal gazın arıtılması çevresel ve ekonomik açıdan çok önemlidir. Kovalent organik gözenekli yapılar (COF), hafif elementlerin (B, C, N, O, H) güçlü kovalent bağlarla bağlandığı yeni nesil bir nano-gözenekli malzeme ailesidir. Çeşitli yapısal özelliklerinden dolayı COF'lar son on yılda gaz ayırma uygulamaları için büyük ilgi görmüştür. Bununla birlikte, çok sayıda deneysel olarak sentezlenmiş COF olması, her bir COF'un gaz ayırma potansiyellerini deneysel olarak ölçmeyi neredeyse imkânsız hale getirmektedir. Bu nedenle, COF'ların CO2/N2, CH4/H2, CH4/N2 ve C2H6/CH4 ayırma performanslarını değerlendirmek için bu tezde kapsamlı hesaplamalı tarama yaklaşımı kullanılmıştır. İlk olarak, 295 COF'un adsorpsiyon ve membran bazlı CO2/N2 ayırma performansını araştırmak için grand kanonik Monte Carlo (GCMC) ve molekül dinamikleri (MD) simülasyonları yapıldı. Sonuçlar, COF'ların CO2/N2 ayrımı için zeolitler ve aktif karbonlar gibi geleneksel adsorbanlardan daha iyi performans verebileceğini gösterdi. Yapı-performans ilişkilerine göre, gözenek boyutları<10 Å, 0.6CH4>N2>H2 sırasında olduğunu ve bağlayıcıların aromatiklik derecesinin yüksek derecede alkan seçici COF'ları tanımlamak için kullanılabileceğini gösterdi. Bu sonuçlar, COF'ların gaz ayırma işlemleri için geleneksel adsorban ve membran malzemelerinden daha iyi performans verebileceğini göstermiştir. Bu tezin bulguları, en umut verici COF adaylarını belirlemek ve yüksek gaz ayırma potansiyeline sahip yeni malzemeler tasarlamak için gelecekteki hesaplamalı ve deneysel çalışmaların yolunu açacaktır.