Simulation des Équilibres Osmotiques par la Dynamique Moléculaire - Des Interfaces Vapeur-Liquide aux Propriétés Thermodynamiques dans les Solutions Concentrées.

Simulating Osmotic Equilibria by Molecular Dynamics - From Vapor-Liquid Interfaces to Thermodynamic Properties in Concentrated Solutions

• Auteur / Autrice : Michael Bley
• Direction : Jean-François Dufrêche
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Séparative, Matériaux et Procédés
• Date : Soutenance le 21/11/2018
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ICSM - Institut de Chimie Séparative de Marcoule
• Jury : Président / Présidente : Guillaume Maurin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-François Dufrêche, Guillaume Maurin, Claude Millot, Marie Jardat, Daniel Borgis, Dominik Horinek, Philippe Guilbaud, Magali Duvail
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Claude Millot, Marie Jardat

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électrolyse

Solutions aqueuses (chimie)

Dynamique moléculaire

Mots clés libres

Dynamique moléculaire

Solutions aqueuses d’électrolytes

Coefficients d’activité

Agrégats en phase organique

Dymamique moleculaire

Chimie séparative

Molecular Dynamics

Aqueous Electrolyte Solutions

Activity Coefficients

Aggregates in Organic Solvents

Separation Chemistry

Résumé

L’objectif de cette thèse de doctorat est le développement d’une nouvelle méthode théorique basée sur la simulation des équilibres liquide-gaz par simulations de dynamique moléculaire. Cette nouvelle m´méthode prédit les propriétés thermodynamiques telles que l’activité des solvants et les coefficients d’activité des solutés en phases aqueuses et organiques impliquées dans les systèmes d’extraction liquide-liquide. Ces propriétés thermodynamiques sont nécessaires pour les approches de modélisation thermodynamique mésoscopique permettant d’estimer l’efficacité et la s´électivité d’un système d’extraction par solvant jusqu’au une échelle industrielle. Les propriétés thermodynamiques et structurales des solutions électrolytiques aqueuses et des phases organiques, y compris les agrégats résultant des molécules d’extraction des amphiphiles, sont en bon accord avec les données expérimentales et théoriques disponibles. L’approche de dynamique moléculaire de l’équilibre osmotique fournit un nouvel outil puissant permettant d’accéder aux données thermodynamiques.

The aim of this PhD thesis is the development of a new theoretical method based on the simulation of vapor-liquid equilibria by means of molecular dynamics (MD) simulation. This new method predicts thermodynamic properties such as solvent activities and solute activity coefficients of aqueous and organic phases used in liquid-liquid extraction systems. These thermodynamic properties are required for mesoscopic thermodynamic modeling approaches estimating the efficiency and selectivity of a given solvent extraction system up to an industrial scale. Thermodynamic and structural properties of aqueous electrolyte solutions and organic solvent phase including aggregates resulting from amphiphilic extractant molecules are reproduced in very good agreement with previously available experimental and theoretical data. The osmotic equilibrium MD approach provides a new and powerful tool for accessing thermodynamic data