Use of Protein Charge Ladders to Study Electrical Interactions in Porous Membranes

使用蛋白质电荷梯研究多孔膜中的电相互作用

基本信息

  • 批准号:
    9979244
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 24万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2000
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2000-01-15 至 2003-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

ABSTRACT This project is a collaborative academic/industrial research (GOALI) project to investigate the transport of supercritical hydrocarbon/CO2 mixtures in microporous carbon molecular-sieve membranes. The study will proceed in two parts: (1) preparation and experimental characterization of the membrane along with computational modeling of the evolution of its structure during synthesis; and (2) measurement and simultaneous computer simulation of the sorption and transport of supercritical mixtures within the membranes. The systems under study are supercritical mixtures composed of CO2 and one or more of the following hydrocarbons, butane, isobutane, benzene, and toluene. These hydrocarbons were selected to represent typical aliphatic and aromatic compounds and to permit exploration of factors such as molecular shape. Non-equilibrium grand canonical molecular dynamics (NEGCMD) simulation techniques are being used to study the transport of these mixtures in microporous materials. The objective of the molecular calculations is to relate and correlate the membrane's molecular structure with experimentally observed transport properties and separation efficacy. The long-term goal is to achieve reliable engineering and design of improved materials for molecular sieves and catalytic-membrane reactors. The results of these studies will contribute to applications such as the regeneration of adsorbents by supercritical CO2 and the use of membranes under supercritical conditions. Carbon molecular- sieve membranes are capable of withstanding the high pressures and temperatures associated with supercritical conditions. They can be prepared with well-controlled porosity and pore size and a very narrow pore-size distribution. Understanding the factors determining the ability of these materials to effect separations of supercritical mixtures based on differences in molecular mobility within the membranes will promote their use in the removal of various contaminants from water, sludges, soils, spent catalysts, and adsorbents like granular activated carbon. The ability to remove solutes continuously from supercritical carbon dioxide would produce significant reductions in operating costs compared with the energy-intensive expansion/re-compression cycle normally used to separate solutes from supercritical solvents.
摘要本项目是一个学术/工业合作研究(GOALI)项目,旨在研究超临界碳氢化合物/二氧化碳混合物在微孔碳分子筛膜中的传输。这项研究将分两部分进行:(1)膜的制备和实验表征,以及合成过程中其结构演变的计算机模拟;(2)超临界混合物在膜内吸附和传输的测量和同时计算机模拟。所研究的体系是由二氧化碳和以下一种或多种碳氢化合物、丁烷、异丁烷、苯和甲苯组成的超临界混合物。这些碳氢化合物被选择来代表典型的脂肪族和芳香族化合物,并允许探索分子形状等因素。非平衡巨正则分子动力学(NEGCMD)模拟技术被用来研究这些混合物在微孔材料中的输运。分子计算的目的是将膜的分子结构与实验观察到的传输特性和分离效率联系起来。长期目标是实现用于分子筛和催化膜反应器的改进材料的可靠工程和设计。这些研究结果将有助于超临界CO2再生吸附剂和超临界条件下膜的使用等应用。碳分子筛膜能够承受与超临界条件相关的高压和温度。它们可以很好地控制孔隙率和孔径,并具有非常窄的孔径分布。了解这些材料基于膜内分子迁移率的差异而影响超临界混合物分离能力的因素,将促进它们在去除水、污泥、土壤、废催化剂和颗粒活性碳等吸附剂中的各种污染物方面的应用。与通常用于从超临界溶剂中分离溶质的能量密集型膨胀/再压缩循环相比,从超临界二氧化碳中连续去除溶质的能力将显著降低操作成本。

项目成果

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