PHASE SEPARATION IN AQUEOUS-ORGANIC NANODROPLETS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF (This is a Master's Thesis by Yakubu Sani Wudil (g201409180) of the department of Physics, King Fahd University of Petroleum and Minerals, Dhahran, Saudi Arabia on the topic "PHASE SEPARATION IN AQUEOUS-ORGANIC NANODROPLETS) Yakubu_MS-Thesis_Accepted_Final_PDF.pdf - Other Download (2MB) | Preview

Arabic Abstract

الرسالة ملخص تحدث عملية التبريد الفائق والحبس النانوي للماء على شكل قطرات مائي-عضوية نانوية الحجم حيث تنتشر في كل مكان داخل الغلاف الجوي وفي مجالات صناعية عديدة. أهمية معرفة البنية التكوينية للقطرات النانوية يعزا الى انها تأثر على عدة ظواهر طبيعية مثل معدل نمو القطرات ومعدل التبخر ومعدل تكون النوى التي تشكل اجنة لتحول المادة من حالة الى أخرى بالإضافة الى الخصائص الاشعاعية للقطرات. لقد استخدمنا طريقة محاكاة الديناميكا الجزيئية المحوسبة لدراسة بنية هذه القطرات لعدة درجات حرارية وتراكيز مختلفة للبيوتانول العضوي. لقد قمنا بمعايرة المعاملات اللازمة في اقتران لينارد-جونز لحساب التفاعل بين الماء والبيوتونال حيث قمنا باعتماد المعاملات التي أعطت مستوا امتزاج مناسب بين المركبين عند حرارة الغرفة. ولكي نقارن نتائجنا مع نتائج نظرية الكثافة الوظيفية (DFT) [Phys. Chem. Chem. Phys., 8, 1266-1270 (2006)] قمنا بالتركيز على درجة الحرارة 250 درجة مطلقة. عند درجات حرارية منخفضة، تم رصد ثلاثة اشكال بنيوية مختلفة للقطرات النانوية حسب تركيز البيوتانول. فعندما يكون تركيزه قليلا، فإنه يكون قشره تغطي نواة غنية بالماء. بينما يختلط البيوتانول والماء تماما عند التراكيز العالية. اما الشكل البنيوي المميز فيحدث عند التراكيز المتوسطة حيث يحيط مزيج من الخليط بنواة غنية بالماء ويغلفهما قشرة رقيقة من البيوتونال.

English Abstract

Supercooled and nano-confined water occur frequently as nanometer-sized aqueous-organic aerosol droplets that are ubiquitous in the atmosphere and in many industrial processes such as natural gas refining. Nanodroplet structure is important because it influences droplet growth, evaporation rates, nucleation rates, and radiative properties. We used classical molecular dynamic simulations to study the structure of binary water-butanol nanodroplets for several temperatures and droplet sizes. Water-butanol interactions are modeled using a LJ potential with energy and size parameters adjusted to reproduce experimentally observed mutual binary solubility of equilibrium water-butanol system at room temperature. To compare with the results of the density functional theory (DFT) [Phys. Chem. Chem. Phys., 8, 1266-1270 (2006)], we focus on T=250 K. Our simulations show three different structures according to the butanol concentrations. For low concentrations, we observe a core-shell (CS) structure where a butanol shell completely wets a rich water core. For high concentrations, perfect well-mixed (WM) structure occurs as the water and the butanol become highly miscible. For intermediate concentrations of butanol, we found a distinct phase separated (Russian Doll)-Shell (RDS) structure for water/butanol nanodroplets. This RDS structure consists of a nearly spherical rich water droplet partially wetted by a well-mixed water/butanol convex lens (RD) and this lens-on-sphere structure is coated by a thin shell of butanol. Moreover, we study the stability of our RDS structure for higher temperatures.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Physics
Department:	College of Engineering and Physics > Physics
Committee Advisor:	Hrahsheh, Dr. Fawaz
Committee Members:	Nasser, Prof. Dr. Ibraheem and Al-Zaharani, Dr. Abdallah M.
Depositing User:	YAKUBU WUDIL (g201409180)
Date Deposited:	18 Jan 2017 10:23
Last Modified:	01 Nov 2019 16:35
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140139