EVALUATING THE EFFICIENCY OF ZEOLITE-BASED ADSORBENTS FOR HYDROFLUOROCARBON METHANE AND ETHANE DERIVATIVES USING MOLECULAR DYNAMICS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (Abrar A. Elhussien MSc Thesis) g202224980_thesis_Abrar A. Elhussien.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 26 December 2025. Download (3MB)

Arabic Abstract

تُعتبر الهيدروفلوروكربونات (HFCs) مبردات مستخدمة على نطاق واسع ولكنها تمتلك تأثيرًا كبيرًا على الاحترار العالمي (GWP)، مما يستدعي تطوير طرق فعالة للفصل وإعادة التدوير. تستكشف هذه الدراسة سلوك الامتزاز للهيدروفلوروكربونات في الزيوليتات 13X و5A و4A و3A باستخدام محاكاة الديناميكا الجزيئية (MD) ومحاكاة مونت كارلو ذات الإحداثيات الكبرى (GCMC)، بهدف تعزيز الفهم وتحسين المواد المعتمدة على الزيوليت لفصل الهيدروفلوروكربونات. تم التحقق من صحة المحاكاة باستخدام بيانات تجريبية، مما يؤكد دقة النماذج الحسابية المستخدمة. تناولت الدراسة مشتقات الميثان (R32، R23، R14، R41) ومشتقات الإيثان (R152a، R134a، R143a، R125)، حيث تم فحص منحنيات الامتزاز، الحرارة الإيزوسترية، والتفاعلات الجزيئية داخل هياكل الزيوليت. أظهر الزيوليت 13X تفاعلات قوية بين الكاتيونات والفلور، مما يعزز امتزاز جزيئات HFC الأكبر، بينما أظهر الزيوليت 5A روابط هيدروجينية بارزة عند الضغوط المنخفضة وتأثيرات انتروبية عند الضغوط الأعلى. أشارت أنماط الانتقائية إلى فعالية الزيوليت 13X في فصل R23 عن R116 وانتقائية الزيوليت 5A لـ R32 على R23. كما كشفت الدراسة أن الأيزوميرات الهيكلية، مثل R134a وR143a، تظهر قدرات امتزاز مختلفة بسبب تكويناتها الجزيئية. أظهرت التحليلات المعتمدة على درجة الحرارة عمليات امتزاز طاردة للحرارة لجميع HFCs المدروسة، حيث انخفضت قدرة الامتزاز مع ارتفاع درجة الحرارة. سلطت الدراسة الضوء على دور حجم المسام، خصائص الهيكل، والخواص الجزيئية مثل العزوم ثنائية القطب ونقاط الغليان في التأثير على كفاءة الامتزاز

English Abstract

Hydrofluorocarbons (HFCs) are widely used refrigerants with significant global warming potential (GWP), necessitating the development of efficient separation and recycling methods. This study explores the adsorption behavior of HFCs in zeolites 13X, 5A, 4A, and 3A using Molecular Dynamics (MD) and Grand Canonical Monte Carlo (GCMC) simulations, aiming to enhance understanding and optimization of zeolite-based materials for HFC separation. The simulations were validated against experimental data, confirming the accuracy of the employed computational models. The study investigated methane (R32, R23, R14, R41) and ethane derivatives (R152a, R134a, R143a, R125), examining their adsorption isotherms, isosteric heat, and molecular interactions within the zeolite frameworks. Zeolite 13X exhibited strong cation-fluorine interactions, favoring the adsorption of larger HFC molecules, while zeolite 5A demonstrated significant hydrogen bonding at low pressures and entropic effects at higher pressures. Selectivity patterns indicated zeolite 13X's effectiveness for separating R23 from R116 and zeolite 5A's selectivity for R32 over R23. Notably, the study also revealed that structural isomers, such as R134a and R143a, exhibit distinct adsorption capacities due to their molecular configurations. Temperature-dependent analyses showed exothermic adsorption processes for all HFCs studied, with adsorption capacity decreasing as temperature increased. The study highlighted the role of pore size, framework characteristics, and molecular properties—such as dipole moments and boiling points in influencing adsorption efficiency.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemistry Chemical Engineering
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemical Engineering
Committee Advisor:	Fouad, Wael
Committee Members:	Alasiri, Hassan and Zahid, Umer
Depositing User:	ABRAR ELHUSSIEN (g202204980)
Date Deposited:	02 Jan 2025 09:50
Last Modified:	02 Jan 2025 09:50
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143175