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Finding the stability region of CO₂-hydrates using computer simulations
Jakob Daniel Michl
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Physik
Betreuer*in
Christoph Dellago
DOI
10.25365/thesis.54952
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-18774.05004.980054-6
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Obwohl Gashydrate in großen Mengen in der Tiefsee und im Permafrost vorkommen und als mögliche Energiequelle der Zukunft gelten, ist das Phasendiagramm des binären CO2 -H2O-Systems noch immer nicht zur Gänze bekannt. Verschiedene Experimente zeigen die Existenz einer Phase, die von allen bekannten Phasen verschieden ist. Vor kurzem wurde eine Struktur der Phase von Amos et al. publiziert und diese wurde aufgrund einer auftretenden chiralen Struktur „χ-Phase“ genannt. In dieser Arbeit verwenden wir Molekulardynamik-Simulationen, um den Stabilitätsbereich der χ-Phase zu finden. Dazu wurden starre, nicht polarisierbare Modelle für Wasser (TIP4P/Ice) und für CO2 (TraPPE) verwendet. Zuerst wurde die Schmelzlinie der χ-Phase und der sI-Phase berechnet.
Danach wurde eine Methode, die auf thermodynamischer Integration beruht,
verwendet, und die Koexistenzlinie zwischen der χ-Phase und der sI-Phase, um
die Koexistenzlinie zwischen der χ-Phase und Eis VI + CO 2 I zu bestimmen. Mit
diesen Koexistenzlinien war es möglich, den Stabilitätsbereich im Phasendiagramm
einzugrenzen.
Abstract
(Englisch)
Although clathrate hydrates occur in large amounts in the deep see and in permafrost regions, the phase diagram of a CO2-H2O binary system has not been completely discovered yet. Different experiments showed the existence of a CO2-hydrate phase different from all known phases. Recently Amos et al. provided the structure of this phase and called it χ-phase. In this study, we used molecular dynamics simulations to find the stability region of the χ-phase. Using rigid nonpolarizable models (TIP4P/Ice for water and TraPPE for carbon dioxide), first the melting line of both, the sI-phase and the χ-phase were determined. Afterwards,
using a method based on thermodynamic integration, the solid-solid coexistence
line between the χ-phase and the sI-phase and the solid-solid coexistence line
between the χ-phase and ice VI + CO 2 I have been computed. Knowing the different
coexistence lines, it was possible to determine the stability region of the χ-phase in
the phase diagram.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
clathrate hydrate CO2 phase diagram
Schlagwörter
(Deutsch)
Klathrat CO2 Hydrat
Autor*innen
Jakob Daniel Michl
Haupttitel (Englisch)
Finding the stability region of CO₂-hydrates using computer simulations
Publikationsjahr
2018
Umfangsangabe
xi, 70 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Christoph Dellago
Klassifikationen
33 Physik > 33.25 Thermodynamik, statistische Physik ,
33 Physik > 33.60 Kondensierte Materie: Allgemeines
AC Nummer
AC15331042
Utheses ID
48571
Studienkennzahl
UA | 066 | 876 | |