Computational modelling of adsorption and aggregation in bio oils at multiple length scales

Julkaisun otsikon käännös: Adsorption ja aggregaation laskennallinen mallinnus bio öljyissa monella eri mittaskaalalla

Maisa Vuorte

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Surfaktantit apolaarisissa liuottimissa kuten bioöljyissä itsejärjestäytyvät erilaisiksi kolloidisiksi rakenteiksi, mukaan lukien käänteismiselleiksi. Nämä surfaktanttirakenteet adsorboituvat rajapinnoille. Muodostuneiden surfaktanttirakenteiden muoto ja koko ovat herkkiä surfaktantin molekyylirakenteelle, pitoisuudelle, lämpötilalle, sekä muiden pinta-aktiivisten aineiden, veden ja lisäaineiden läsnäololle. Tällä hetkellä ilmiön ymmärrys kemian prosessitekniikan näkökulmasta on vahvasti kvalitatiivinen, ja kuva molekyylitasolla tapahtuvasta itsejärjestäytymisestä apolaarissa liuoksessa on puutteellinen. Tässä väitöskirjassa tarkastellaan surfaktanttien itsejärjestäytymistä apolaarisessa liuoksessa (bioöljyssä), sekä adsorptiota neste – kiinteä aine rajapinnassa. Ilmiöitä lähestytään kolmella eri pituus- ja aikaskaalan mallinnusmenetelmällä: atomistisella klassisella molekyylidynamiikalla (MD), karkeistetulla dissipatiivisella partikkelidynamiikalla (DPD) ja tasapainotilan termodynamiikan mallinnuksella. Monimuotoiset mallinnusmenetelmät ja vertailu kokeellisiin tuloksiin mahdollistaa yksittäisten molekyyliominaisuuksien ja esimerkiksi hydrataation vaikutuksen eristämisen bioöljyjen adsorptiovoimakkuuteen ja aggregaatiotaipumukseen, sekä suurienkin adsorptio- ja aggregaatiotasapainorakenteiden simuloinnin. Väitöskirjan tulokset täydentävät kuvaa biosurfaktanttien, pääasiassa lipidien, adsorptio- ja aggregaatiotasapainoa ajavista voimista bioöljyissä. Atomistisella tasolla vetysidokset ja sähköstaattiset vuorovaikutukset määrittävät yksittäisten molekyylien adsorption. Adsorptiovahvuuteen vaikuttavat molekyylien funktionaaliset ryhmät, ryhmien steriinen saatavuus, sekä adsorptiopinnan kemia ja pinnan funktionaalisten ryhmien tiheys. Viimeksi mainittu voi johtaa kilpaileviin pinnansisäisiin vuorovaikutuksiin. Vesi öljyssä voi myös muodostaa vesisillan adsorboituvan molekyylin ja pinnan välille. Esitetyt tulokset osoittavat, että surfaktantit aggregoituvat öljyssä vaiheittain alhaisilla surfaktanttipitoisuuksilla ja ilman vettä. Vesi öljyssä edistää aggregaattien muodostumista ja kasvua riippuen aggregaatin muodosta, sekä pääryhmän poolisuudesta ja koosta. Adsorptiossa surfaktanttien pakkautuminen pinnalla riippuu adsorbaatin molekyylirakenteesta, öljyn vesipitoisuudesta ja adsorbentin pinnan hydrofiilisuudesta. Hydrofiilisillä pinnoilla vesi toimii myös kilpailevana adsorbaattina. Väitöskirjan tulokset auttavat ymmärtämään surfaktanttien adsorptio- ja aggregaatiovasteen riippuvuutta ja säädeltävyyttä molekyyliarkkitehtuurin, öljyn vesipitoisuuden ja adsorptiokemian näkökulmasta, perustuen monen eri mittakaavan mallinnusmenetelmiin. Työ tuo esiin myös haasteet herkkien itsejärjestäytymistasapainosysteemien mallintamisessa apolaarisissa ympäristöissä.
Julkaisun otsikon käännösAdsorption ja aggregaation laskennallinen mallinnus bio öljyissa monella eri mittaskaalalla
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Laasonen, Kari, Vastuuprofessori
  • Sammalkorpi, Maria, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-64-1577-2
Sähköinen ISBN978-952-64-1578-9
TilaJulkaistu - 2023
OKM-julkaisutyyppiG5 Artikkeliväitöskirja

Tutkimusalat

  • käänteismiselli
  • itsejärjestäytyminen
  • adsorptio
  • surfaktantti
  • mikroemulsio
  • bioöljy
  • molekyylimallinnus

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Adsorption ja aggregaation laskennallinen mallinnus bio öljyissa monella eri mittaskaalalla'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä