Simulações moleculares de nanoestruturas para tecnologias de separação de gases por membrana (2025)
- Authors:
- Autor USP: MARTINS JUNIOR, CARLOS ALBERTO - IF
- Unidade: IF
- Sigla do Departamento: FMT
- DOI: 10.11606/T.43.2025.tde-15012026-182948
- Subjects: FENÔMENO DE DIFUSÃO DE MASSA; FENÔMENO DE TRANSPORTE DE MASSA; FENÔMENO DE COMPORTAMENTO DE MASSA
- Keywords: BAYESIAN OPTIMIZATION; DENSITY FUNCTIONAL THEORY; DINÂMICA MOLECULAR; FLUE GAS SEPARATION; GENETIC ALGORITHM; MEMBRANAS; MEMBRANES; MOLECULAR SIMULATIONS; OTIMIZAÇÃO; SEPARAÇÃO N2/CO2; TEORIA DO FUNCIONAL DA DENSIDADE
- Agências de fomento:
- Language: Português
- Abstract: A dependência de combustíveis fósseis para suprir a demanda energética levou a consequências ambientais, sendo a mais notável a mudança climática, ocasionada pela emissão de dióxido de carbono. As Membranas de Matriz Mista (MMMs), compostas por nanomateriais em uma matriz polimérica, são uma tecnologia promissora para a redução das emissões. No entanto, o desenvolvimento de MMMs que combinem alta permeabilidade, seletividade e estabilidade é um grande desafio. Este trabalho emprega uma abordagem multiescala, abrangendo desde cálculos de primeiros princípios até simulações atomísticas e coarse-grained, para investigar o potencial de nanomateriais de carbono em MMMs para separação de gases de exaustão. Além disso, algoritmos de otimização são utilizados para melhorar a seletividade desses nanomateriais e para desenvolver campos de força poliméricos, possibilitando o estudo de MMMs em maiores escalas. Inicialmente, novos campos de força foram desenvolvidos para descrever as interações entre N e materiais à base de carbono. Com esses potenciais, foram realizadas simulações moleculares para estudar a permeação de CO e N em estruturas à base de grafeno. Os resultados mostraram que esses materiais apresentam baixa seletividade, sugerindo baixo potencial para a separação de gases de exaustão.Para melhorar a seletividade, um algoritmo de otimização evolutiva, voltado ao aumento da adsorção de CO, foi acoplado a simulações de dinâmica molecular para identificar moléculas que pudessem ser ancoradas nas superfícies de grafeno. Entre os candidatos promissores, destacou-se o 2-cloroetanol, que já foi reportado na literatura para captura de CO. Para permitir o estudo de MMMs além do nível atomístico, um modelo de Otimização Bayesiana (BO) foi introduzido para acelerar a parametrização de campos de força coarse-grained. O modelo identificou de forma eficiente os parâmetros ótimos capazes de reproduzir propriedades termodinâmicas e estruturais. Essa abordagem demonstra o potencial da Otimização Bayesiana na automatização do desenvolvimento de campos de força. Este trabalho fornece: (1) uma análise das limitações associadas ao uso de materiais à base de grafeno de forma isolada na separação de gases de exaustão; (2) um fluxo computacional orientado por dados para o projeto de materiais nanoestruturados; e (3) a aplicação da Otimização Bayesiana para o desenvolvimento eficiente de campos de força. Os resultados demonstram como simulações moleculares combinadas com otimização podem guiar o desenvolvimento de nanomateriais com propriedades específicas
- Imprenta:
- Data da defesa: 10.12.2025
- Este periódico é de acesso aberto
- Este artigo NÃO é de acesso aberto
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ABNT
MARTINS JUNIOR, Carlos Alberto. Simulações moleculares de nanoestruturas para tecnologias de separação de gases por membrana. 2025. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2025. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-15012026-182948/. Acesso em: 27 jan. 2026. -
APA
Martins Junior, C. A. (2025). Simulações moleculares de nanoestruturas para tecnologias de separação de gases por membrana (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-15012026-182948/ -
NLM
Martins Junior CA. Simulações moleculares de nanoestruturas para tecnologias de separação de gases por membrana [Internet]. 2025 ;[citado 2026 jan. 27 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-15012026-182948/ -
Vancouver
Martins Junior CA. Simulações moleculares de nanoestruturas para tecnologias de separação de gases por membrana [Internet]. 2025 ;[citado 2026 jan. 27 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-15012026-182948/
Informações sobre o DOI: 10.11606/T.43.2025.tde-15012026-182948 (Fonte: oaDOI API)
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