モデル化を用いて、分子レベルのプロセスによる吸着特性を合理的に説明することができます。たとえば、孔のサイズ、分子量や酸性部位の密度はどのようにしてゼオライトの分子分離機能に影響を与えるのでしょうか。一般的に、実験的に特性を決定する場合は合成を行い、その後で吸着等温線やその他の物理的特性を測定することが必要になります。シミュレーションを行うと、最適化されたシステムを開発するまでのリードタイムが大幅に短縮され、実験による試みを合理的設計によって導くことができます。
これらの基本的な特性に関する知識は、工業に関連する多くの問題を説明する際に不可欠な場合が多くあります。たとえば、吸着等温線は膜を介した分子の拡散を説明するのに必要ですが、実験データはたいていの場合不足しています。たとえば、水素化分解におけるゼオライトの形状選択性は、微細孔の中の優先的吸着部位によって理解できます。
300Kのモルデナイト中の酸素と窒素の収着等温線をSorptionでコンピュータ計算したもの。
吸着物の混合物を処理する能力は、分離および拡散のプロセスをモデル化する場合に重要です。
Sorptionを利用すると、ゼオライトのような微孔構造の結晶が典型例であるような、吸着剤の骨格に吸着された純収着物(あるいは収着成分の混合物)をシミュレートできます。Sorptionは、吸着平衡をシミュレートする次のような3つの方法を提供します。
Sorptionは、ナノチューブ内でのガス貯蔵を研究する場合に利用できます。この図は、窒化ホウ素ナノチューブ内の水素の吸着を表しています。窒素原子はブルーでホウ素はピンクです。表面は、ナノチューブ内で水素密度が同密度の表面を示します。表面はポテンシャルエネルギーによって色をつけており、レッドは低いエネルギー(強い結合)を、ブルーは高いエネルギーを示します。
Sorptionは2つのモンテカルロシミュレーション方式、すなわちMetropolis Monte Carlo方式とConfigurational bias Monte Carlo方式をサポートします。Metropolis方式は従来から使われているMonte Carlo方式であり、ここでは収着物の構造を固定したものとして扱い、剛体の並進と再配向のみを取り入れます。 Configurational bias方式では、さらにねじれの自由度も取り入れます。Configurational bias方式は大きくて柔軟性のある収着物に有用であり、この場合Metropolis方式は適切ではありません。
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