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Type: Dissertação
Title: Obtenção de modelos estruturais de carbonos ativados utilizando dinâmica molecular reativa
Authors: Gonçalves, Rafael Vasconcelos
Advisor: Lucena, Sebastião Mardônio Pereira de
Co-advisor: Oliveira, José Carlos Alexandre de
Keywords: Engenharia química;Carbono ativado;Processos oxidativos avançados;Dinâmica molecular;Reactive molecular dynamics;Activated carbon;Molecular simulation;Oxidative process
Issue Date: 2019
Citation: GONÇALVES, R. V. Obtenção de modelos estruturais de carbonos ativados utilizando dinâmica molecular reativa. 2019. 81 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2019.
Abstract in Brazilian Portuguese: Carbonos são materiais nanoporosos versáteis que são úteis em processos de separação por adsorção e catálises. A natureza amorfa acoplada à falta de visualização de alto nível dos elementos estruturais através de técnicas microscópicas torna a análise estrutural desses materiais uma tarefa desafiadora. Com o objetivo de obter um modelo estrutural livre de aspectos empíricos, realizou-se simulações moleculares utilizando a dinâmica molecular reativa para recriar reação de oxidação de placas de carbono durante o processo de ativação. Obteve-se estruturas 10% e 25% atacadas, calculadas com base no número de átomos removidos, em dois sistemas distintos, basal e vertical. Após serem atacadas, tais estruturas passam por um processo de annealing para reorganizar sua estrutura de maneira estável. As simulações mostram como se dá o processo de remoção de átomos de carbono, bem como as características importantes dos modelos resultantes. Os resultados obtidos são condizentes com imagens de microscopia da literatura. Além disso, as propriedades adsortivas desses modelos retornaram resultados mais próximos de carbonos reais do que outros modelos já propostos.
Abstract: Carbons are versatile nanoporous materials that are useful in adsorption separation processes and catalysis. Its amorphous nature combined with the lack of high level visualization of structural elements by microscopy techniques makes the structural analysis of these materials a challenging task. In order to obtain a structural model free of any empirical aspects, molecular simulations were performed using reactive molecular dynamics to recreate the oxidative etching of carbon sheets during the activation process. In these simulation it was possible to obtain structures that are 10% and 25% etched, which is related to the number of atoms removed, on two diferent systems: basal and vertical. After being etched, such structures go through an annealing process to reorganize the atoms in a stable way. The simulations shows the evolution of the carbon atom removal process and the characteristics of the resulting models. The results obtained are consistent with microscopy images from the literature. Furthermore, the adsorptive properties of these models showed a better fitting to real carbon materials than other implicit models.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/40700
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