Diplomová práce se zabývá mikroskopickým chováním směsí vody a CO2 s přidáním a bez přidání NaCl soli v pórech jílu. Jsou uvažovány podmínky hlubinného ukládání CO2. Póry jílu jsou modelovány jako slity montmorilonitu s
šířkou od 7 do 22 A. Tyto šířky pokrývají rozsah od pórů jílu bez adsorbované tekutiny až do pórů jílu
s kpalnou vrstvou uprostřed pórů. Strukturní a dynamické vlastnosti směsí v pórech jsou simulovány pomocí molekulární
dynamiky. Joung-Cheatham model iontů, SPC/E model vody, EPM2 model CO2 and CLAYFF model pro stěny
pórů jsou pak použity v simulacích. Zajímavým výsledkem práce je určení křivek bobtnání pro různé složení
systému, které popisují závislost objemu pórů na množství adsorbované tekutiny. Další výsledky jako
hustotní profily molekul složek systému a jejich difuzní koeficienty přispívají k hlubšímu pochopení
mikroskopického chování tekutin v nanometrických geologických pórech.
Anotace v angličtině
The MSc thesis deals with microscopic behaviour of confined water-CO2 mixtures with and without addition
of NaCl salt in clay pores at conditions relevant for CO2 sequestration. Clay pores are
represented by pyrophyllite and Na-montmorillonite slits of a width ranging from about 7 to
22 A, covering clay pores from dry clay to clay pores with a bulk-like layer in the middle of
the pore. Molecular dynamics simulations are employed and structure and dynamics of the confined mixtures at different
system compositions are studied. The Joung-Cheatham model for ions, SPC/E model for water, EPM2 model for CO2 and
CLAYFF for the clay pores are used. Interesting properties involve swelling curves for different system compositions that show
nonlinear dependency of pore volume on amount of adsorbed fluid. Results, including forming of molecular layers with
different density and composition in montmorillonite slits and diffusion coefficients of fluid molecules,
provide a deeper molecular-level picture into behaviour of confined fluids in porous geological systems.
confined fluid, CO2 sequestration, molecular dynamics, montmorillonite pores, swelling curve
Rozsah průvodní práce
50
Jazyk
CZ
Anotace
Diplomová práce se zabývá mikroskopickým chováním směsí vody a CO2 s přidáním a bez přidání NaCl soli v pórech jílu. Jsou uvažovány podmínky hlubinného ukládání CO2. Póry jílu jsou modelovány jako slity montmorilonitu s
šířkou od 7 do 22 A. Tyto šířky pokrývají rozsah od pórů jílu bez adsorbované tekutiny až do pórů jílu
s kpalnou vrstvou uprostřed pórů. Strukturní a dynamické vlastnosti směsí v pórech jsou simulovány pomocí molekulární
dynamiky. Joung-Cheatham model iontů, SPC/E model vody, EPM2 model CO2 and CLAYFF model pro stěny
pórů jsou pak použity v simulacích. Zajímavým výsledkem práce je určení křivek bobtnání pro různé složení
systému, které popisují závislost objemu pórů na množství adsorbované tekutiny. Další výsledky jako
hustotní profily molekul složek systému a jejich difuzní koeficienty přispívají k hlubšímu pochopení
mikroskopického chování tekutin v nanometrických geologických pórech.
Anotace v angličtině
The MSc thesis deals with microscopic behaviour of confined water-CO2 mixtures with and without addition
of NaCl salt in clay pores at conditions relevant for CO2 sequestration. Clay pores are
represented by pyrophyllite and Na-montmorillonite slits of a width ranging from about 7 to
22 A, covering clay pores from dry clay to clay pores with a bulk-like layer in the middle of
the pore. Molecular dynamics simulations are employed and structure and dynamics of the confined mixtures at different
system compositions are studied. The Joung-Cheatham model for ions, SPC/E model for water, EPM2 model for CO2 and
CLAYFF for the clay pores are used. Interesting properties involve swelling curves for different system compositions that show
nonlinear dependency of pore volume on amount of adsorbed fluid. Results, including forming of molecular layers with
different density and composition in montmorillonite slits and diffusion coefficients of fluid molecules,
provide a deeper molecular-level picture into behaviour of confined fluids in porous geological systems.
confined fluid, CO2 sequestration, molecular dynamics, montmorillonite pores, swelling curve
Zásady pro vypracování
Seznámit se s problematikou a metodologií simulací.
Seznámit se s programem pro molekulární dynamiku LAMMPS.
Provést simulace směsi CO2/H2O v objemové fázi
Provést simulace směsi CO2/H2O v montmorillonit póru.
Provést výpočet profilu hustoty a orientace molekul CO2 a H2O.
Provést klastrovou analýzu.
Provést výpočet difuzních koeficientů.
Popsat, interpretovat a diskutovat dosažené výsledky.
Zásady pro vypracování
Seznámit se s problematikou a metodologií simulací.
Seznámit se s programem pro molekulární dynamiku LAMMPS.
Provést simulace směsi CO2/H2O v objemové fázi
Provést simulace směsi CO2/H2O v montmorillonit póru.
Provést výpočet profilu hustoty a orientace molekul CO2 a H2O.
Provést klastrovou analýzu.
Provést výpočet difuzních koeficientů.
Popsat, interpretovat a diskutovat dosažené výsledky.
Seznam doporučené literatury
S. Plimpton, Fast Parallel Algorithms for Short-Range Molecular Dynamics, J. Comp. Phys. 1995, 117, 1-19.
I. Nezbeda, J. Kolafa, M. Kotrla, Úvod do počítačových simulací; učební texty Univerzity Karlovy v Praze, 2003.
W. Zhang, H. Hu, X. Li, Z. Fang, Interplay of MontmorilloniteH2OscCO2 System between Mechanical Behavior and Adsorption: Molecular Dynamics; J. Phys. Chem. C 2015, 119, 2195921968.
Tuan A. Ho and Alberto Striolo, Water and Methane in Shale Rocks: Flow Pattern Effects on Fluid Transport and Pore Structure; AIChE J. 2015, 61, 29932999.
A. Bot-an, Benjamin Rotenberg, V. Marry, P. Turq, Benoit Noetinger, Hydrodynamics in Clay Nanopores; J. Phys. Chem. C 2011, 115, 1610916115.
LAMMPS Molecular Dynamics Simulator, http://lammps.sandia.gov
Seznam doporučené literatury
S. Plimpton, Fast Parallel Algorithms for Short-Range Molecular Dynamics, J. Comp. Phys. 1995, 117, 1-19.
I. Nezbeda, J. Kolafa, M. Kotrla, Úvod do počítačových simulací; učební texty Univerzity Karlovy v Praze, 2003.
W. Zhang, H. Hu, X. Li, Z. Fang, Interplay of MontmorilloniteH2OscCO2 System between Mechanical Behavior and Adsorption: Molecular Dynamics; J. Phys. Chem. C 2015, 119, 2195921968.
Tuan A. Ho and Alberto Striolo, Water and Methane in Shale Rocks: Flow Pattern Effects on Fluid Transport and Pore Structure; AIChE J. 2015, 61, 29932999.
A. Bot-an, Benjamin Rotenberg, V. Marry, P. Turq, Benoit Noetinger, Hydrodynamics in Clay Nanopores; J. Phys. Chem. C 2011, 115, 1610916115.
LAMMPS Molecular Dynamics Simulator, http://lammps.sandia.gov