Show simple item record

dc.contributor.authorPalabıyık, Büşra
dc.date.accessioned2021-10-05T05:26:05Z
dc.date.available2021-10-05T05:26:05Z
dc.date.issued2021-08-27
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/10679/7612
dc.identifier.urihttps://tez.yok.gov.tr
dc.identifier.urihttp://discover.ozyegin.edu.tr/iii/encore/record/C__Rb4501496?lang=eng
dc.descriptionThesis (M.A.)--Özyeğin University, Graduate School of Sciences and Engineering, Department of Mechanical Engineering, August 2021.
dc.description.abstractMetal organic frameworks (MOFs) have recently gained importance for gas and liquid separations due to their large surface areas and tuneable pore sizes. The accumulation of urea and creatinine which are small and water-soluble uremic toxins in blood causes renal failure in patients. Efficient removal of these toxins from the body is important to decrease the risk of mortality. In this study, membrane-based uremic toxin separation performances of 60 bio-compatible MOFs (bio-MOFs) have been investigated using both Grand canonical Monte Carlo (GCMC) and equilibrium molecular dynamics (EMD) simulations at infinite dilution and 1 bar, 310 K. OREZES, a carboxylate-based MOF exhibited the highest membrane selectivity (347.94) for urea/water separation whereas BAHLED, a formate-based MOF gave the highest creatinine/water selectivity (1.2×105 ) at infinite dilution and 310 K. Self-diffusivities of creatinine, urea, and water computed at 1 bar were found to be much lower than those of computed at infinite dilution which was attributed to strong guest-guest interactions occurred at 1 bar. Guest-guest and host-guest interaction energies for uremic toxins were also computed during EMD simulations and van der Waals interactions were found to be much stronger than the Coulombic interactions. On the other hand, the electrostatic energy between guest-guest molecules dominated the total intermolecular interaction during water diffusion due to the strong hydrogen bond occurred between water molecules. Simulations were also performed for 23 bio-MOFs considering binary and ternary mixtures of urea, water, and creatinine at 1 bar, 310 K. Membrane selectivities obtained from mixture simulations were found to be much lower than those calculated at single-component conditions due to the competition between uremic toxins. However, both urea and creatinine permeabilities of bio-MOFs enhanced at mixture conditions due to the increase in their diffusion iv coefficients. We finally performed flexible EMD simulations to examine the effect of MOF's flexibility on the predicted membrane performance and negligible effect on adsorption was observed. Our results will be a guide for further experimental and computational studies to develop bio-MOF membranes that can be used for uremic toxin separation.en_US
dc.description.abstractMetal organik yapılar (MOF), geniş yüzey alanları ve ayarlanabilir gözenek boyutları nedeniyle gaz ve sıvı ayrımları için son zamanlarda önem kazanmıştır. Küçük ve suda çözünür üremik toksinler olan üre ve kreatininin kanda birikmesi, hastalarda böbrek yetmezliğine neden olur. Bu üremik toksinlerin vücuttan etkin bir şekilde uzaklaştırılması, ölüm riskini azaltmak için önemlidir. Bu çalışmada, 60 biyolojik-uyumlu MOF'un (biyo MOF) membran bazlı üremik toksin ayırma performansları, seyreltik koşulda ve 1 bar, 310 K'de hem Grand Canonical Monte Carlo (GCMC) hem de denge moleküler dinamik (EMD) simülasyonları kullanılarak araştırılmıştır. Karboksilat bazlı bir MOF olan OREZES, üre/su ayrımı için en yüksek membran seçiciliğini (347.94) verirken, format bazlı bir MOF olan BAHLED, seyreltik koşulda ve 310 K'de en yüksek kreatinin/su seçiciliğini (1.2×105 ) vermiştir. 1 bar’da güçlü misafir-misafir etkileşimlerinden dolayı hesaplanan kreatinin, üre ve su difüzyon katsayılarının seyreltik koşulda hesaplanan değerlerden çok daha düşük olduğu bulunmuştur. EMD simülasyonları sırasında üremik toksinler için misafir-misafir MOF-misafir etkileşim enerjileri de hesaplanmıştır ve van der Waals etkileşimlerinin Coulomb etkileşimlerinden çok daha güçlü olduğu gözlenmiştir. Öte yandan, su molekülleri arasında oluşan güçlü hidrojen bağı nedeniyle, misafir-misafir molekülleri arasındaki elektrostatik enerji, su moleküllerinin difüzyonu sırasında toplam moleküller arası etkileşimde etkindir. 1 bar, 310 K'de 23 biyo-MOF için üre, su ve kreatinin için ikili ve üçlü karışım simülasyonları da gerçekleştirilmiştir. Karışım simülasyonlarından elde edilen membran seçicilikleri, üremik toksinler arasındaki rekabet nedeniyle tek bileşenli koşullarda hesaplananlardan çok daha düşük bulunmuştur. Bununla birlikte, difüzyon katsayılarındaki artış nedeniyle karışım koşullarında biyo-MOFların hem üre hem de kreatinin geçirgenlikleri artmıştır. Son olarak, MOF'un esnekliğinin öngörülen membran performansı üzerindeki vi etkisini incelemek için esnek EMD simülasyonları gerçekleştirilmiştir ve adsorpsiyon üzerinde ihmal edilebilir bir etkisinin olduğu gözlemlenmiştir. Sonuçlarımız, üremik toksin ayrımı için kullanılabilecek biyo-MOF membranlarının geliştirilmesinde gelecek deneysel ve hesaplamalı çalışmalar için bir rehber olacaktır.
dc.language.isoengen_US
dc.rightsrestrictedAccess
dc.titleMolecular simulations of bio-MOF membranes for uremic toxin separationen_US
dc.title.alternativeÜremik toksin ayrımı için biyo-MOF membranların moleküler simülasyonları
dc.typeMaster's thesisen_US
dc.contributor.advisorFındıkçı, İlknur Eruçar
dc.contributor.committeeMemberFındıkçı, İlknur Eruçar
dc.contributor.committeeMemberKaymaksüt, Hande Öztürk
dc.contributor.committeeMemberYılmaz, B. U.
dc.publicationstatusUnpublisheden_US
dc.contributor.departmentÖzyeğin University
dc.subject.keywordsBio-MOFen_US
dc.subject.keywordsMetal organic frameworken_US
dc.subject.keywordsUremic toxinen_US
dc.subject.keywordsMembraneen_US
dc.subject.keywordsDiffusionen_US
dc.subject.keywordsPermeabilityen_US
dc.subject.keywordsSelectivityen_US
dc.contributor.ozugradstudentPalabıyık, Büşra
dc.contributor.authorFemale1
dc.relation.publicationcategoryThesis - Institutional Graduate Student


Files in this item

FilesSizeFormatView

There are no files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

  • Master's Theses
    This Collection covers master's thesis produced at Özyeğin University

Show simple item record


Share this page