Molecular dynamics of water desalination by MoS2 nanoporous membrane

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Abal, João Pedro Kleinubing
• Orientador(a): Barbosa, Marcia Cristina Bernardes
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Palavras-chave em Português: Nanotecnologia; Nanofluídica; Dessalinização; Dinâmica molecular
• Palavras-chave em Inglês: Nanotechnology; Nanofluidics; Water Desalination; Molecular Dynamics
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/274570

Um dos maiores problemas do nosso tempo é a escassez de água, e os cenários previstos pelos principais cientistas da área sugerem que ela piorará nas próximas décadas. Os piores cenários podem ser evitados usando novas tecnologias baseadas na dessalinização da água do mar. Nos últimos anos, membranas feitas de materiais nanoporosos têm sido propostas para atingir esse objetivo. A membrana de dissulfeto de molibdênio (MoS2) é uma das sugeridas. A simulação de Dinâmica Molecular (MD) é um dos métodos mais eficazes para investigar a interação entre água, íons e nanoporos e obter conhecimento sobre como construir novos nanomateriais para dessalinização. Diferentes maneiras de comparar a influência da química e geometria dos poros foram avaliadas neste trabalho. Investigamos como os campos de pressão induzidos afetam o fluxo de água e a rejeição de sal nos nanoporos produzidos por membranas MoS2. O resultado entra em conflito com os cálculos de mecânica dos fluidos contínuos realizados em microfiltros. Também lançamos luz sobre a competição entre a carga e o tamanho dos nanoporos. A capacidade da água de fluir através do nanoporo em qualquer orientação angular é limitada pela forte interação dipolar entre os átomos do nanoporo e as moléculas de água. Além disso, investigamos o fluxo de água através de membranas feitas de multicamadas de dissulfeto de molibdênio com vários comprimentos e diâmetros de nanoporos. Os dados mostram que a dinâmica da água é mais lenta quando comparada com a dinâmica em membranas multicamadas de grafeno e nanotubos de carbono sem atrito, o que explicamos em termos de um mecanismo de ancoragem que observamos entre as camadas. Esses estudos juntos contribuem para aprofundar o entendimento de nanomateriais e seu uso como avançadas tecnologias de dessalinização, se colocando na direção da mitigação do desafio global de escassez de água.