雙壁碳納米管通水阻鹽性能的分子動力學模擬.pdf

1、反滲透是目前大規(guī)模海水淡化推廣中的主流技術(shù)。開發(fā)高效通水阻鹽性能與高機械強度的膜材料是目前反滲透技術(shù)中急需解決的問題之一。隨著碳納米管的高速通水性質(zhì)以及對鹽離子有較高的截留性質(zhì)逐漸被人們所熟知，將碳納米管摻雜在反滲透膜材料中成為解決上述問題的途徑之一。而在諸多類型的碳納米管材料中，雙壁碳納米管的性質(zhì)優(yōu)于單壁碳納米管，故本文以雙壁碳納米管作為研究對象，采用分子動力學模擬方法對非常規(guī)雙壁碳納米管在反滲透過程中進行研究。通過調(diào)節(jié)內(nèi)外管間距來考

2、察管間距對管道內(nèi)水分子與鹽離子運動特性的影響。首先，本文采用單層反滲透膜模型，以0.5 mol·L-1氯化鈉水溶液模擬海水，在鹽水一側(cè)施加靜水壓力模擬反滲透條件。其次，滲透膜的主體為公度雙壁碳納米管，其內(nèi)外壁均為扶手椅型，且內(nèi)壁手性保持為(8，8)。本文重點考察模擬過程中不同尺寸雙壁碳納米管的阻鹽效率與通水性能，計算管內(nèi)水分子平均力勢，并分析水分子的氫鍵與偶極矩特性。另外，我們采取了三種不同的水分子勢能模型（TIP3P、TIP4P與SP

3、C/E）來考察水模型的選取對模擬結(jié)果的影響。
　　研究結(jié)果表明，管間距不僅會影響傳輸通道內(nèi)水分子的納觀構(gòu)型（平均力勢、氫鍵與偶極矩等），還會使鹽離子與水分子在碳納米管中呈現(xiàn)滲透差異性。在通水阻鹽方面，小尺寸雙壁碳納米管可以有效實現(xiàn)鹽水分離但水通量較小，大尺寸雙壁碳納米管的通水量較高但阻鹽效率有所下降，而中尺寸雙壁碳納米管的截鹽效率可達100％，并且在凈水流量的數(shù)值上與大尺寸雙壁碳納米管相近，這說明中尺寸雙壁碳納米管（即:管間距為0

4、.815 nm）具有優(yōu)異的通水阻鹽性能。另外，水分子模型會在一定程度上影響阻鹽率、通水量及水分子的氫鍵特性，例如:TIP3P水分子在反滲透模型中的滲透性較高，氫鍵壽命較短。然而，在不同的水模型體系中，通水阻鹽性能隨管間距的變化趨勢相近。由模擬結(jié)果可知，水分子模型對通水阻鹽性能的影響小于雙壁碳納米管幾何尺寸的影響。
　　本文采用分子動力學模擬方法，從分子層面闡述雙壁納米碳納米管的通水阻鹽機理，以期為高性能碳納米管摻雜反滲透膜的制備提