بررسي عبور گاز هليم از نانو گرافن هاي نقصدار عاملدار شده با اتم هاي هيدروژن و فلوئور در حضور گاز طبيعي

Helium Selectivity of F and H doped Nanoporous Graphene Membranes in the Presence of Natural Gases: A DFT Study

در اين پژوهش، بهينه سازي گرافن نقصدار عاملدار شده با اتم هاي هيدروژن و فلويور انجام شد. برهم كنش و نفوذ اتم گازي هليم با چهار نانوگرافن هاي نقصدار عاملدار شده بهينه شده مورد بررسي قرار گرفت. سپس، از گرافن نقص دار مناسب به عنوان غشاي انتخابي براي نفوذ گاز هليم در حضور گازهاي طبيعي حاوي 86٪ متان ، 2٪ نيتروژن ، 10٪ هيدروژن ، 1٪ هليم و 1٪ دي اكسيد كربن استفاده شد. تمام محاسبات DFT با استفاده از برنامه گوسين09 انجام شده است. در نهايت، غلظت هاي ورودي و خروجي گازهاي طبيعي به حفره براي تعيين مقدار هليم تفكيك شده، مورد بررسي قرار گرفت. نتايج حاصل از تجزيه و بررسي DFT با استفاده از (AIM) و (NBO) نشان داد كه 24H90C داراي بالاترين احتمال عبور هليم را در بين گازهاي طبيعي است. براين اساس اين مطالعه، پيشنهاد مي شود كه اين نتيجه مي تواند راهكار خوبي در استخراج هليم از گاز طبيعي در چاه هاي نفت داشته باشد.

This paper studies the defects graphene and diffusion of helium gas through nanoporous graphene membranes in the presence of natural gas. Due to study the doping effect on to the diffusion process, the helium gas atom passes through the created cavities in the doped nanoporous graphene membranes of C90H27, C90H30, C90H24, and C87H24F3. Because of Helium is one of the most important industrial gases and its separation is important in oil, gas and petrochemical industries. the present study can be used as a theoretical study to develop a new and important industrial method for separation helium in the Presence of Natural Gas. Suitable defective graphene was used as the selective membrane for helium gas release in the presence of natural gas containing methane, nitrogen, hydrogen, helium and carbon dioxide. All DFT calculations were performed using the Gaussian 09 program. The results analysis using (AIM) and (NBO) showed that C90H24 has the highest probability of helium passing through natural gas. Finally, the inlet and outlet concentrations of the pore were investigated to determine the amount of helium. According to this study, it is suggested that this result could be a good solution for extracting helium from natural gas in oil wells.