ESTUDO COMPUTACIONAL DE UMA SOLUÇÃO DE HIDROCARBONETOS E NANOPARTÍCULAS II: DODECANO

Resumo

Este trabalho busca objetivamente realizar um estudo computacional de dinâmica molecular de uma solução de hidrocarbonetos (dodecanos) e nanopartículas (dímeros Janus) a fim de sugerir um modelo de nanopartículas que possam ser aplicadas à extração de óleo em meio poroso ou para recuperação e mitigação de áreas impactadas por derrames de petróleo em meio aquoso, especificamente.A metodologia empregada nesse trabalho é baseada na técnica de Dinâmica Molecular (ALLEN e TILDESLEY, 1987). Esta técnica estuda o movimento atomístico das partículas do sistema, das quais se conhecem o potencial de interação e as equações que regem seu movimento. O processo é realizado por iterações repetidas, a fim de se conhecer a evolução do sistema com o tempo de simulação. Para integração das equações de movimento são utilizados métodos numéricos. Neste trabalho fez-se o uso do algoritmo velocity-Verlet. Ainda, utilizou-se o solvente (água) de forma implícita. Para amenizar os efeitos de superfície indesejáveis utilizou-se a técnica de contorno periódica, onde os átomos do sistema são colocados em uma caixa cúbica, em todas as direções do espaço e evita-se que uma determinada partícula interaja com uma ou mais de sua imagem. O número total de átomos na caixa central e no sistema são constantes. Utilizou-se o pacote ESPResSO (ARNOLD et al., 2013; LIMBACH et al., 2006), que possui códigos computacionais necessários para a modelagem do sistema físico, e o modelo coarse-grained (CG). Neste modelo, proposto por NIELSEN et al.,2003, os carbonos são agrupados em trios, tal que a cada três carbonos, e seus hidrogênios, tem-se um monômero da cadeia. Assim, no caso de dodecanos, reduz-se o número de partículas de 38 para 4 em cada molécula, o que implica na simplificação do sistema, diminuindo o tempo de simulação e reduzindo o custo computacional. O potencial de interação entre os monômeros é do tipo Lennard-Jones, com os monômeros de dodecanos ligados pelo potencial FENE. No caso das partículas Janus, utilizamos o modelo proposto por BORDIN et al., 2015 . Para manter a separação estável entre os monômeros utilizou-se o algoritmo SHAKE. O sistema é comporto por 500 moléculas de dodecanos, em uma densidade de 0.8 g/cm³, além de nanopartículas com diferentes densidades, Assim, avaliamos como o tamanho da nanopartícula influencia o sistema.Obteve-se um comportamento similar com a aplicação dos três tamanhos de partículas, onde a difusão tende a diminuir com a evolução do sistema no tempo. Estas nanopartículas podem ser utilizadas para mitigação de áreas degradadas com hidrocarbonetos, uma vez que tendem a conter o óleo, evitando seu espalhamento. Dentre os três tamanhos empregados, recomenda-se a aplicação do diâmetro 3.0, devido ao seu maior percentual de decaimento da difusão. Estudos estão em andamento para investigar o uso de novas substâncias para formar as nanopartículas.