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分子ソフト&インフォマティクス
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Sorption

結晶性物質中の分子の吸着を予測するためのソリューション

吸着等温線(あるいは供給曲線)やヘンリー定数などの基本的特性を予測する手段を提供します。

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。

特長

Sorptionの効果
  • 吸着等温線の予測
  • 構造変化、イオン交換、電荷分布の変化や置換型ディスオーダーの収着特性に対する効果のモデル化
  • 分子篩(ふるい)の中での純成分または混合物の挙動の研究
  • システムに対する温度や圧力による影響の定量化
  • 優先的収着部位を特定し、その部位における結合エネルギーを計算することによる、原子レベルでの吸着メカニズムの基礎についての理解
  • 効果的なグラフ表示と分析による結果の解釈

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。

Sorption1
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の機能

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。

  • ロード一定の方法(カノニカルアンサンブル): この一定数の吸着物分子に対する優先的結合部位はどこにあるか。
  • 圧力一定の方法(グランドカノニカルアンサンブル): 一定の条件でどのくらいの数の分子が吸着されるのか。
  • ヘンリー定数の方法(ユニフォームアンサンブル): 圧力がゼロに近づくにつれてロードはどのように変化するのか。

Sorption1
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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