水和鹽分子在反滲透膜中溶解擴(kuò)散過程的分子模擬.pdf

1、本文采用巨正則蒙特卡洛(GCMC)法和分子動(dòng)力學(xué)(MD)法，模擬了水和鹽分子在反滲透復(fù)合膜體系中的溶解.擴(kuò)散過程。選用8種典型的高分子反滲透復(fù)合膜(TMC/MPD，TMC/MMPD，TMC-HT/MMPD，HT/MMPD，CFIC/MMPD，CFIC/MPD，ICIC-HT/MPD，ICIC-IPC/MPD)，海水中含量最高的4種鹽分子(NaCl，MgCl2，CaSO4，K2SO4)為模擬對(duì)象。
　　 首先采用分子動(dòng)力學(xué)法模擬水

2、和鹽分子在反滲透膜中的擴(kuò)散過程，獲取粒子在體系中運(yùn)動(dòng)軌跡，并用聚類分析法分析了粒子運(yùn)動(dòng)的MSD曲線得到擴(kuò)散系數(shù)值。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，水分子在膜中的擴(kuò)散系數(shù)值遠(yuǎn)大于鹽離子的擴(kuò)散系數(shù)值；鹽離子的價(jià)態(tài)影響其在膜中的擴(kuò)散系數(shù)的大小，且離子化合價(jià)越高，擴(kuò)散越慢；膜材料的結(jié)構(gòu)單體對(duì)水和鹽分子的擴(kuò)散系數(shù)影響較大，膜TMC/MMPD和CFIC/MMPD中，結(jié)構(gòu)單體甲基間苯二胺比膜TMC/MPD和CFIC/MPD中結(jié)構(gòu)單體間苯二胺多了一個(gè)甲基，增加了其位阻效應(yīng)，

3、阻礙了粒子的運(yùn)動(dòng)，另外由于基團(tuán)增加也使自由體積分?jǐn)?shù)變小，從而使其擴(kuò)散系數(shù)減?。凰肿雍望}離子在聚合物膜體系中是不斷運(yùn)動(dòng)著的，且在大部分情況下做小幅度的振動(dòng)，只有在合適的時(shí)間、位置和速度時(shí)從一個(gè)自由體積孔穴跳躍到另一自由體積孔穴。由此可見體系內(nèi)自由體積的大小、分布都對(duì)滲透分子的擴(kuò)散有影響。且自由體積分?jǐn)?shù)越大，體系內(nèi)的自由體積空穴越多，則滲透分子在體系內(nèi)孔穴問的跳躍所需的距離越小，擴(kuò)散越快。溶液中一種組分在膜中的擴(kuò)散受到另一組分的影響，在相

4、同模擬條件下，粒子在簡單體系中的擴(kuò)散系數(shù)遠(yuǎn)大于復(fù)雜體系，因多種離子的同時(shí)存在阻礙了單個(gè)離子的擴(kuò)散；對(duì)于同一陰離子(如Cl-)，不同陽離子(Na+或Mg2+)的存在致使該陰離子的擴(kuò)散系數(shù)差別較大。
　　 對(duì)水分子在8種反滲透復(fù)合膜中的吸附溶解過程進(jìn)行了巨正則蒙塔卡羅法模擬。在周期邊界條件下，得到了298K下水分子在膜中的吸附等溫線，并采用雙重吸附模型進(jìn)行非線性最小二乘法擬合，進(jìn)而得到溶解度系數(shù)和滲透系數(shù)。結(jié)果表明，壓力較低時(shí)，水分