Efek Fluorinasi COFs IPB terhadap Adsorpsi dan Permeabilitas H2O dengan Simulasi Dinamika Molekuler

Abstract

Emisi gas CO2 berlebih di atmosfer mengakibatkan pemanasan global. Salah satu solusinya adalah dengan carbon capture and storage (CCS) menggunakan covalent organic frameworks (COFs). Performa COFs sering terganggu oleh kehadiran H2O. Fluorinasi struktur COFs diharapkan meningkatkan ketahanan membran terhadap uap air. Penelitian ini bertujuan menganalisis pengaruh fluorinasi pada COFs IPB pada adsorpsi dan permeabilitas H2O menggunakan simulasi dinamika molekuler (MD) dengan ensemble kanonik (NVT) pada suhu 353 K dan 5 ragam tekanan. Hasil simulasi menunjukkan IPB-2F2 berkapasitas adsorpsi H2O yang lebih rendah secara gravimetri dibandingkan dengan IPB-2H akibat meningkatnya massa membran akibat fluorinasi. Analisis energi interaksi antarmolekul dengan density functional theory (DFT) menunjukkan nilai IPB-2F2 yang lebih negatif, mengindikasikan adanya interaksi kuat antarmolekul karena keberadaan atom fluorin, sehingga menurunkan laju permeasi dan koefisien difusi H2O. Adsorpsi dan permeabilitas H2O yang rendah pada IPB-2F2 berpotensi meningkatkan ketersediaan situs adsorpsi yang dapat diakses oleh molekul CO2 dalam gas buang pascapembakaran sebagai aplikasi CCS di industri.

Excessive CO2 emissions in the atmosphere contribute to global warming. Carbon capture and storage (CCS) with covalent organic frameworks (COFs) is one proposed option. However, the presence of water frequently interferes with the performance of COFs. Fluorination of COFs is predicted to increase membrane resistance to water vapor. The purpose of this work is to investigate the influence of fluorination on IPB COFs in terms of H2O adsorption and permeability using molecular dynamics (MD) simulations in the canonical (NVT) ensemble at 353 K and 5 pressure variations. The MD simulation findings show that IPB-2F2 has poorer gravimetric H2O uptake than IPB-2H due to higher membrane mass caused by fluorination. Intermolecular interaction study using density functional theory (DFT) showed higher negative energies for IPB-2F2, indicating stronger intermolecular contacts produced by fluorine substitution, resulting in a lower H2O penetration rate and diffusion coefficient. The decreased H2O adsorptivity and permeability of IPB-2F2 may conserve accessible CO2 adsorption sites in post-combustion flue gas, emphasizing the feasibility of fluorinated COFs IPB for CCS membrane applications in industrial contexts.