توصيفگر ها :
آلاينده‌هاي فنولي , مايعات يوني , استخراج , برهمكنشهاي غير پيوندي , شبيه‌سازي ديناميك مولكولي , مكانيك كوانتومي
چكيده فارسي :
نظر به اهميت مايعات يوني در حذف آلاينده‌هاي فنولي از محيط‌هاي آبي و نبودن يك تصوير جامع مولكولي از اين سيستم‌هاي مهم، در اين تحقيق محلول‌هاي آبي مايع يوني [C8MIM][BF4] حاوي مولكول‌هاي فنول، اورتوكرزول، گواياكول، رزورسينول و پارانيتروفنول با استفاده از روش‌هاي ديناميك مولكولي شبيه‌سازي شدند. در ابتدا با به‌كارگيري روش‌هاي نظريه تابعي چگالي و اعمال سطح محاسباتي g++(d,p) 311-6LYP/3B ساختارهاي اوليه مربوط به‌تمامي مولكول‌ها توسط نرم‌افزار محاسبات مكانيك كوانتومي گوسين بهينه شدند. سپس نرم‌افزار محاسباتي امبرتولز به‌منظور تعيين پارامترهاي مربوط به ميدان نيروي GAFF براي هر مولكول استفاده شد. به‌منظور شبيه‌سازي محلول‌هاي حاوي تركيبات فنولي موردنظر، محلول‌هايي با غلظت مشخص از هريك طراحي شدند و با استفاده از نرم‌افزار گرومكس به مدت 20 نانوثانيه تحت شبيه‌سازي ديناميك مولكولي قرار گرفتند. نتايج حاصل از محاسبات تابع توزيع شعاعي نشان داد كه بيشترين توزيع مولكولي در اطراف تركيبات فنولي متعلق به بخش كاتيوني مايع يوني، +[C8MIM]، بوده و اين تركيبات برهم‌كنش با اين بخش از محلول را به ساير اجزاي آن ترجيح مي‌دهند. اين ارجحيت به‌خوبي نشان داد كه چرا مايعات يوني حلال‌هاي مناسبي براي حذف تركيبات فنولي از محيط‌هاي آبي هستند. نحوه كاركرد مايعات يوني در فرآيند حذف اين تركيبات فنولي به‌خوبي از نتايج تابع توزيع فضايي كه در آن مولكول‌هاي آلاينده توسط بخش كاتيوني مايع يوني احاطه‌شده و از مولكول‌هاي آب فاصله مي‌گرفتند، نمايش داده شد. تجزيه‌وتحليل پيوندهاي هيدروژني مشخص كرد كه اين نيروها نقشي در برهم‌كنش ميان آلاينده‌ها و مايع يوني نداشتند؛ اما در مورد مولكول‌هاي آب نقش اصلي را ايفا مي‌كردند. برخلاف پيوندهاي هيدروژني، تمامي تركيبات فنولي برهمكنشهاي واندروالسي و الكترواستاتيكي بسيار قوي‌تري با هر دو بخش مايع يوني نسبت به مولكول‌هاي آب داشتند. همچنين مشخص شد كه نيروهاي واندروالسي نقش مهم‌تري در برهم‌كنش ميان تركيبات فنولي و مايع يوني نسبت به نيروهاي الكترواستاتيك ايفا مي‌كنند كه دراين‌بين برهم‌كنش بخش كاتيوني با تركيبات فنولي قوي‌تر از بخش آنيوني است. به‌طوركلي بر اساس نتايج حاصل مي‌توان گفت كه بخش كاتيوني اين مايع يوني نقش اصلي را در فرايند استخراج اين نوع تركيبات از محيط آبي داشته و با اعمال تغييرات ساختاري در اين بخش مي‌توان كارايي فرآيند استخراج را بهبود بخشيد.
چكيده انگليسي :
Due to the importance of ionic liquids to remove phenolic contaminants from aqueous solutions and lack of a comprehensive molecular picture of these important systems, in this study, Molecular dynamics method is employed to simulate aqueous solutions of ionic liquid [C8MIM] [BF4], containing molecules of phenol, o-cresol, guaiacol, resorcinol and, para-nitrophenol. At first, using the methods of density functional theory (DFT) and applying the computational method B3/LYP6-311g++(d,p), initial structures of all molecules were optimized by Gaussian quantum mechanical computing software. Ambertools computational software is applied to determine the GAFF force field parameters for each molecule. In order to simulate , first design the solutions containing the selected phenolic compounds with a specific concentration of each, then molecular dynamics simulation was applied for 20 nanoseconds using Gromacs software. The results of RDF calculations showed that the highest molecular distribution around phenolic compounds belongs to the cation of ionic liquid, + [C8MIM], and these compounds prefer to interact with this part of the solution rather than to its other components. This preference illustrated why ionic liquids are suitable solvents for removing phenolic compounds from aqueous media. How ionic liquids work in the removal process of these phenolic compounds is well illustrated by the SDF results in which the contaminant molecules were surrounded by the cation of the ionic liquid and separated from the water molecules. Analysis of the hydrogen bonds revealed that these forces had no role in the interaction between the contaminants and the ionic liquid, but in case of the water molecules, they played a major role. Unlike hydrogen bonds, all phenolic compounds had much stronger van der Waals and electrostatic interactions with ionic liquid than had with the water molecules. It was also found that van der Waals forces play a more significant role in the interaction between phenolic compounds and ionic liquid than electrostatic forces, in which the interaction of the cationic part with phenolic compounds is stronger than the anionic part. Finally, the results show/confirm that the cationic part of this ionic liquid plays a major role in the extraction process of these types of compounds from the aqueous medium, and by applying structural changes in this part, the efficiency of the extraction process can be improved.
