Modeling Transport Properties of C2 Species in Nanostructured Materials for Separation

Promovendus/a: Bernd Schmidt

Promotor(en): prof. Veronique Van Speybroeck, prof. Louis Vanduyfhuys

Om een doelgerichte ontwikkeling van nieuwe technologiën toe te laten die de uitdagingen van onze huidige maatschappij trachten aan te pakken, is een diepgaand inzicht in het gedrag van materialen van cruciaal belang. In deze context vormen zogenaamde zeoliet-imidazolaten, vb. ZIF-8, een veelbelovende klasse van materialen voor industriële toepassingen zoals katalyse van chemische reacties alsook detectie en separatie van gassen. Dit proefschrift onderzoekt de transporteigenschappen van C2-moleculen, zoals ethaan en etheen, in nanoporeuze materialen voor energiezuinige scheidingstoepassingen. Hiertoe gebruiken we computationele technieken om de beweging van de gastmoleculen te modelleren en onderzoeken we de invloed van het nanoporeus materiaal op de beweging van het gastmolecuul tot op atomair niveau. Een belangrijke doorbraak hierbij is het gebruik van machine learning-modellen, getraind met behulp van kwantummechanische berekeningen, die een aanzienlijke snelheidsverbetering mogelijk maken met behoud van een hoge nauwkeurigheid. Dit onderzoek biedt nieuwe inzichten in de impact van ZIF-8 op het diffusieproces, waarbij een geavanceerde thermodynamische analyze van de simulatieresultaten een entropische belemmering aantoont van zowel ethaan/etheen tijdens hun diffusie doorheen ZIF-8, alsook een lichte voorkeur voor diffusie van etheen ten gevolge van aantrekkende etheen en ZIF-8 interacties. De nieuw ontwikkelde methode ondersteunt het ontwerp en de ontwikkeling van meer toepassingsspecifieke materialen voor scheidingsdoeleinden.