碳納米管膜分離Li(Ⅰ)-Mg(Ⅱ)的分子動(dòng)力學(xué)模擬.pdf

1、如今電子產(chǎn)品不斷出新，鋰資源利用日益增多，如何將鎂鋰分離成為學(xué)術(shù)界研究的焦點(diǎn)。不少研究發(fā)現(xiàn)碳納米管(CNTs)的納米級(jí)孔道類似生物離子孔道，對(duì)離子的通透性有特殊的選擇作用。本文通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬的手段，探索了Li+和Mg2+在不同直徑和不同修飾碳納米管內(nèi)的通量、平均力勢(shì)、徑向和軸向密度分布以及傳輸軌跡。
　　用“扶手椅”型CNTs(7，7)、(8，8)、(9，9)、(10，10)、(11，11)由三維周期性邊界條件建立連續(xù)的碳納米

2、管膜，置于250mmol/L的LiCl或MgCl2溶液中，利用分子動(dòng)力學(xué)模擬研究了Li+和Mg2+在膜中的傳導(dǎo)行為。模擬中，研究了不同管徑的碳納米管對(duì)Li+和Mg2+的通透性，檢測(cè)了兩種離子進(jìn)入管時(shí)的平均力勢(shì)，探索了兩種離子在碳納米管內(nèi)的徑向、軸向密度分布，觀察了個(gè)別離子在管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡。結(jié)果表明，CNTs(9，9)可以將Li+和Mg2+有效分離，Li+和Mg2+均不能通過(guò)CNTs(7，7)、(8，8)，兩種離子均可以通過(guò)CNTs(10

3、，10)、(11，11)，但CNTs(10，10)、(11，11)對(duì)離子的選擇性不同。
　　進(jìn)一步在CNTs(10，10)的一端添加不同帶電基團(tuán)，研究了不同基團(tuán)對(duì)兩種離子選擇透過(guò)性的影響。根據(jù)對(duì)兩種離子的選擇透過(guò)性及通量大小選出CNTs(10，10)，在其一端添加不同量的-COO-、-NH3+對(duì)兩種離子的選擇透過(guò)性進(jìn)行了探索。添加情況包括:2個(gè)-COO-，4個(gè)-COO-，8個(gè)-COO-，2個(gè)-NH3+，4個(gè)-NH3+，1個(gè)-COO

4、-和1個(gè)-NH3+。考察了不同修飾碳納米管對(duì)離子的通量，離子進(jìn)入管時(shí)的平均力勢(shì)，徑向和軸向密度分布以及離子傳輸軌跡的影響。結(jié)果顯示，修飾基團(tuán)提高了CNTs(10，10)的離子選擇性，修飾CNTs(10，10)能將Li+和Mg2+有效分離。添加帶電基團(tuán)后，兩種離子的通量都有所下降。在模擬范圍內(nèi)，修飾碳納米管對(duì)Mg2+的通量為0;添加1個(gè)-COO-和1個(gè)-NH3+基團(tuán)的碳納米管對(duì)Li+和Mg2+的分離效果最佳;添加2個(gè)-COO-，4個(gè)-CO

5、O-的碳納米管中Li+的通量相差不大;兩種離子均不能從添加8個(gè)-COO-以及添加4個(gè)-NH3+基團(tuán)的碳納米管中通過(guò)。添加不同的帶電基團(tuán)，兩種離子在納米管內(nèi)的平均力勢(shì)，徑向、軸向密度分布和傳輸軌跡均有各自的特征。
　　總之，本文通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬從基礎(chǔ)上研究了碳納米管膜Li+和Mg2+進(jìn)行分離的可能性。模擬結(jié)果表明碳納米管有望成為鹽湖鹵水提鋰的一種膜材料。期望通過(guò)模擬研究不同直徑的碳納米管分離Li+和Mg2+，以及帶電基團(tuán)修飾較大孔