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dc.contributor.author
Luque Di Salvo, Javier Esteban
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dc.contributor.author
De Luca, Giorgio
dc.contributor.author
Cipollina, Andrea
dc.contributor.author
Micale, Giorgio
dc.date.available
2022-07-16T02:53:50Z
dc.date.issued
2021-11
dc.identifier.citation
Luque Di Salvo, Javier Esteban; De Luca, Giorgio; Cipollina, Andrea; Micale, Giorgio; A full-atom multiscale modelling for sodium chloride diffusion in anion exchange membranes; Elsevier Science; Journal of Membrane Science; 637; 119646; 11-2021; 1-14
dc.identifier.issn
0376-7388
dc.identifier.uri
http://hdl.handle.net/11336/162272
dc.description.abstract
A novel full-atom multiscale method, combining different computational approaches and aimed to describe diffusion of multiple ions in anion exchange membranes (AEM), is presented. The method is used to evaluate diffusion of chloride and sodium ions in polysulfone tetramethylammonium (PSU-TMA) membranes, with particular attention to the co-ion diffusion. The hydration of the PSU-TMA is computed as a function of the membrane ionic exchange capacity via Density Functional Theory (DFT) and used for carrying out molecular dynamics simulations (MD). An upgraded DFT-based approach is proposed to obtain the atoms’ charges used in the force field for the MD simulations. Three approaches have been adopted to evaluate the chloride self-diffusion coefficients, the first based on the Mean Square Displacement, while the others use two analytical models: Mackie-Meares and Yasuda-Lamaze-Ikenberry. For membranes with ideal selectivity, the computed chloride diffusion coefficients result in good agreement with literature values, highlighting the critical role of the water content on the diffusion of ions as the water uptake decreases. The full-atom modelling allows to reproduce the transition from normal to anomalous diffusion when decreasing the water volume fraction as expected experimentally. Moreover, to simulate real conditions, counter-ion and co-ion concentrations inside the AEM have been determined using the Donnan-Manning model. In this case, four approaches have been tested to balance the excess of charge obtained from the DFT calculations, finding, for one of them, a good agreement between theoretical and experimental diffusion coefficients. Finally, the calculation of fundamental quantities, necessary for the modelling of the sodium chloride diffusion, without resorting to adjustable parameters represents the guideline of the proposed methodology.
dc.format
application/pdf
dc.language.iso
eng
dc.publisher
Elsevier Science
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dc.rights
info:eu-repo/semantics/restrictedAccess
dc.rights.uri
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar/
dc.subject
COUNTER-ION AND CO-ION DIFFUSION
dc.subject
DFT
dc.subject
HYDRATION NUMBER
dc.subject
ION EXCHANGE MEMBRANE
dc.subject
MOLECULAR DYNAMICS
dc.subject.classification
Físico-Química, Ciencia de los Polímeros, Electroquímica
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dc.subject.classification
Ciencias Químicas
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dc.subject.classification
CIENCIAS NATURALES Y EXACTAS
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dc.subject.classification
Ingeniería de Procesos Químicos
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Ingeniería Química
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INGENIERÍAS Y TECNOLOGÍAS
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dc.subject.classification
Ingeniería de los Materiales
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dc.subject.classification
Ingeniería de los Materiales
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dc.subject.classification
INGENIERÍAS Y TECNOLOGÍAS
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dc.title
A full-atom multiscale modelling for sodium chloride diffusion in anion exchange membranes
dc.type
info:eu-repo/semantics/article
dc.type
info:ar-repo/semantics/artículo
dc.type
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.date.updated
2022-04-26T17:34:19Z
dc.journal.volume
637
dc.journal.number
119646
dc.journal.pagination
1-14
dc.journal.pais
Países Bajos
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dc.journal.ciudad
Amsterdam
dc.description.fil
Fil: Luque Di Salvo, Javier Esteban. Università degli Studi di Palermo; Italia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
dc.description.fil
Fil: De Luca, Giorgio. Consiglio Nazionale delle Ricerche; Italia
dc.description.fil
Fil: Cipollina, Andrea. Università degli Studi di Palermo; Italia
dc.description.fil
Fil: Micale, Giorgio. Università degli Studi di Palermo; Italia
dc.journal.title
Journal of Membrane Science
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dc.relation.alternativeid
info:eu-repo/semantics/altIdentifier/doi/http://dx.doi.org/10.1016/j.memsci.2021.119646
dc.relation.alternativeid
info:eu-repo/semantics/altIdentifier/url/https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0376738821005925
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