固有ミクロ多孔性と非晶質シリカの高分子から成る界面系におけるガス吸着と拡散挙動:分子シミュレーション研究【JST・京大機械翻訳】

Yoshimoto Yuta; Tomita Yuiko; Sato Kohei; Higashi Shiori; Yamato Masafumi; Takagi Shu; Kawakami Hiroyoshi; Kinefuchi Ikuya

プレプリント

J-GLOBAL ID：202202205600758140 整理番号：22P0296922

固有ミクロ多孔性と非晶質シリカの高分子から成る界面系におけるガス吸着と拡散挙動:分子シミュレーション研究【JST・京大機械翻訳】

Gas Adsorption and Diffusion Behaviors in Interfacial Systems Composed of a Polymer of Intrinsic Microporosity and Amorphous Silica: A Molecular Simulation Study

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発行年： 2022年03月01日プレプリントサーバーでの情報更新日： 2022年06月05日
JST資料番号： O7000B 資料種別：プレプリント
記事区分：プレプリント発行国：アメリカ合衆国 (USA) 言語：英語 (EN)

※このプレプリント論文は学術誌に掲載済みです。なお、学術誌掲載の際には一部内容が変更されている可能性があります。

グランドカノニカルモンテカルロ(GCMC)と分子動力学(MD)シミュレーションを用いて,固有ミクロ多孔性(PIM-1)と非晶質シリカの高分子から成る界面系におけるCO_2,CH_4,およびN_2の吸着と拡散挙動を調査した。シリカ表面の間に挟まれたPIM-1鎖を有する混合マトリックス膜(MMM)のモデル系を構築した。GCMCシミュレーションを用いたガス吸着分析は,ガス分子がシリカ表面近傍に分布するミクロ空洞に優先的に吸着され,バルクPIM-1と比較してCO_2,CH_4,およびN_2の溶解度係数の増加をもたらすことを示す。対照的に,MDシミュレーションから得た拡散係数とデュアルモード収着モデルを用いて較正した拡散係数は,ガス種に依存して異なる傾向を示し,CO_2拡散はPIM-1に比べてMMMsで減少したが,CH_4とN_2の拡散は増加した。これらの違いは,シリカ表面の競合効果,すなわち,ガス拡散を促進する鎖充填破壊の結果としての大きな細孔の出現,およびガス分子とシリカ表面ヒドロキシル基の間の四重極-双極子相互作用,そしてそれはガス拡散を遅らせた。前者はCH_4とN_2の拡散性に大きい影響を与えるが,後者はCO_2と表面ヒドロキシル間の強い四重極-双極子相互作用のためにCO_2拡散性に大きな影響を持つ。これらの知見から,PIM-1/シリカ界面近傍でのガス吸着と拡散挙動の理解が追加され,これは実験的研究に不確かである。【JST・京大機械翻訳】

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吸着剤 , 吸着,イオン交換 , 膜分離

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