Water structure and dynamics through functionalized surfaces

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Köhler, Mateus Henrique
• Orientador(a): Barbosa, Marcia Cristina Bernardes
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Palavras-chave em Português: Água; Dinâmica molecular; Estrutura líqüida; Hidrofobicidade; Hidrofilicidade
• Palavras-chave em Inglês: Water; Nanopores; Hydrophobic and hydrophilic surface
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/179731

Neste trabalho propomos uma investigação através de simulações de dinâmica molecular da água em contato com superfícies hidrofóbicas e hidrofílicas, tanto dentro de nanotubos funcionalizados quanto em membranas bi-dimensionais para dessalinização. No caso da água em contato com superfícies hidrofóbicas e hidrofílicas de nanotubos nós encontramos uma quebra na relação de Stokes-Einstein para a difusão e a viscosidade da água. Essa quebra ocorre para os menores nanotubos − em que pelo menos duas camadas de água formam-se, condição para deslizamento de camadas necessária para o cálculo da viscosidade. O mecanismo por trás deste comportamento é ditado pela estrutura da água confinada. Esse resultado indica que algumas das características observadas para a água dentro de nanotubos hidrofóbicos, como nanotubos de carbono na natureza, são únicas. Encontramos uma grande dependência da dinâmica e estrutura da água confinada com as características polares do nanotubo, principalmente para nanotubos com diâmetros menores que 1 nm. Ao variarmos a temperatura do sistema, observamos ainda uma forte dependência da estruturação das moléculas de água com a temperatura, a ponto de apresentar transições entre estados mais e menos ocupados Nossos resultados de dinâmica molecular também mostram que membranas contendo nanoporos com sítios hidrofílicos entre regiões hidrofóbicas podem apresentar grande fluxo de água e reduzido transporte de íons, o que torna esses materiais excelentes candidatos para sistemas de dessalinização e limpeza de metais pesados. Ao acrescentarmos um químico floculante (cloreto de ferro) à água salgada, encontramos resultados ainda melhores para a rejeição de sal pelas membranas nanoporosas. Todos esses resultados demonstram a importância do estudo das propriedades hidrofóbicas e hidrofílicas em interfaces aquosas. Em todos os casos, encontramos uma dependência inerente das propriedades de transporte da água com a característica polar da superfície de contato.