Nieuw avontuur

De kersverse doctor blijft aan de Universiteit van Amsterdam in een postdoc posititie bij het PREDAGIO (PREDicting AGIng of Oil networks) project, onder supervisie van Prof. Dr. Iedema, waar zij een atoom model zal ontwikkelen voor de bestudering van lijnzaadolie polymeer netwerken. 'Het behalen van mijn titel is het hoogtepunt van vier bijzondere jaren, maar nu ben ik klaar voor een nieuw avontuur om mijn kennis op het gebied van andere typen materialen, toepassingen en simulatietechnieken te vergroten,' zegt Torres-Knoop, daaraan toevoegend: 'dit project combineert twee van mijn favoriete dingen: wetenschap en kunst.'  

Promotor en commissie

• Promotor: Evert-Jan Meijer, co-promotor: David Dubbeldam
• Comité-leden: Prof. P.G. Bolhuis, Prof. K.S. Walton, Prof. D. Frenkel, Prof. T.J.H. Vlugt, Prof. B. Smit, Prof. F. Kapteijn, Dr. S. Grecea, en Prof. P. J. Schoenmakers.
• Voorzitter: Prof. F. Brouwer

Samenvatting proefschrift

Scheidingsprocessen zijn verantwoordelijk voor het merendeel van het kapitaal en de operationele kosten in de industrie. Er zijn veel industrieel relevante scheidingsprocessen die hetzij niet haalbaar zijn met gebruikelijke werkwijzen (bijvoorbeeld destillatie en kristallisatie) of energetisch zeer duur. Scheidingen gebaseerd op adsorptie in nanoporeuze materialen zijn een belangrijk alternatief. Het meeste simulatie en experimenteel werk richt zich op molecuul-materiaal interacties en proberen om de selectiviteit van een mengsel te verbeteren op basis van het afstemmen van de sterkte van de adsorptie site. Veel scheidingen in de industrie vinden plaats rond 1-10 bar druk en een temperatuur van 300-433 K. Onder deze omstandigheden zijn de poriën gewoonlijk volledig verzadigd en is entropie de dominante factor in de scheiding. Scheiding is een proces van cycli van adsorptie en desorptie, waarbij desorptie de energie-kostbare stap is. Naast de selectiviteit is een tweede belangrijke parameter het “adsorptie vermogen" van het materiaal, b.v. de hoeveelheid volume van het materiaal per volume die effectief kan worden gebruikt voor de scheiding. Als meer moleculen in een enkele stap kunnen worden behandeld, kan de frequentie van desorptie drastisch omlaag wat leidt tot grote energiebesparingen. In het algemeen is echter een hoge selectiviteit een gevolg van het opsluiten van moleculen, en grotere poriën leiden dus tot verminderde selectiviteiten. Met andere woorden: selectiviteit en capaciteit zijn omgekeerd evenredig.

In haar proefschrift toont Ariana aan, voor de eerst keer, dat door slim gebruik van entropie effecten men materialen kan ontwerpen die hoge selectiviteit combineren met grote capaciteit. Ze ontwikkelde op de computer een materiaal met grote poriën (een zogenaamd Metal-Organic Framework afgekort tot MOF) die een hoog poriën-volume (capaciteit) heeft, maar tegelijkertijd  een ingewikkeld mengsel van vergelijkbaar moleculen; 1,2,4-tricholoro-benzeen, 1,2,5-tricholoro-benzeen en 1,3,5-tricholo-benzeen perfect kan scheiden. Ariana vond ook een MOF die zeer selectief voor para-xyleen is ten opzicht van meta- en ortho-xyleen, zelfs in de aanwezigheid van andere moleculen zoals ethylbenzeen en tolueen. Het selectief verkrijgen van para-xyleen is een  industrie waar miljarden dollars in omgaan, omdat para-xyleen bijvoorbeeld gebruikt wordt voor het maken van o.a. PET-flessen. Behalve de toepassingen die in het proefschrift behandeld worden, ontwikkelde Ariana een nieuwe simulatie methode die adsorptie kan bestuderen op verzadigingscondities. De methode is een zeer aanzienlijke verbetering ten opzichte van huidige state-of-the-art adsorptie simulatie methodologie en maakt het  mogelijk om de adsorptie en de structuur van sterk interacterende vloeistoffen zoals water en ionische vloeistoffen te bestuderen, zelfs bij lage temperaturen.

Downloads

Een online versie van het proefschrift is te vinden op de webpagina van de Molsim-groepen: http://www.acmm.nl/molsim/Publications/index.html en de directe link naar de pdf:http://www.acmm.nl/molsim/Publications/thesis_TorresKnoop.pdf