有機(jī)分子在滲透汽化膜中溶解擴(kuò)散過程的實(shí)驗(yàn)及模擬研究.pdf

1、有機(jī)溶劑的脫水及回收在精細(xì)化工，醫(yī)藥化工，日用化工及新能源等領(lǐng)域是非常重要的，傳統(tǒng)上采取精餾，萃取或者分子篩等技術(shù)來達(dá)到分離有機(jī)物和水的目的。作為新的膜分離技術(shù)，滲透汽化現(xiàn)在已經(jīng)迅速發(fā)展并成為高效的產(chǎn)業(yè)化分離技術(shù)。從分子水平上研究不同基團(tuán)及聚合物對(duì)膜分離性能的影響對(duì)設(shè)計(jì)特定功能和性質(zhì)的滲透汽化膜至關(guān)重要。通過在分子層面上研究小分子在膜上的吸附及擴(kuò)散，可以更好的在微觀角度了解滲透氣化膜溶解吸附機(jī)理。
　　本文使用分子模擬軟件Mate

2、rials Studio，主要采用巨正則蒙特卡洛法以及分子動(dòng)力學(xué)法，主要針對(duì)研究聚合物二甲基硅氧烷滲透汽化膜改性及添加新材料(ZIF, COF)對(duì)有機(jī)物的水溶劑分離性能的影響。主要工作如下:
　　1、研究3％糠醛的水溶液在PDMS膜與PDMS/VTES膜中的溶解擴(kuò)散情況。發(fā)現(xiàn)當(dāng)PDMS∶VTES=1∶1即引入乙烯基量是Si的摩爾量的一半時(shí)，膜的自由體積增加為原PDMS膜的兩倍，聚合物鏈跨鏈距離由原先的7.05埃變?yōu)?.59埃，這些

3、都是有利于小分子擴(kuò)散的因素。通過MSD曲線斜率可以看出糠醛在vinyl∶Si=1/2的膜中擴(kuò)散最快，模擬糠醛和水的吸附發(fā)現(xiàn)，膜中引入乙烯基的量越多，糠醛的吸附量越大，而水幾乎不變。最后實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)vinyl∶Si=1/2的膜的選擇性為49.85，遠(yuǎn)大于純PDMS膜的30.67，證實(shí)了前面模擬結(jié)論。
　　2、由于具有較好的熱力學(xué)穩(wěn)定性，靈活的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和超疏水性，ZIF材料已經(jīng)被很多研究者運(yùn)用到構(gòu)建以PDMS為基礎(chǔ)的混合基質(zhì)膜中。本課題主

4、要運(yùn)用動(dòng)力學(xué)模型，研究各種ZIF結(jié)構(gòu)對(duì)丁醇的吸附性能的差異以及ZIF材料在汽油脫硫方面的應(yīng)用。結(jié)果表明ZIF-3，ZIF-6和ZIF-8對(duì)丁醇的具有較好的吸附性能，且吸附量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于PDMS對(duì)丁醇的吸附。在對(duì)噻吩/苯/異辛烷模擬方面，發(fā)現(xiàn)ZIF-3，ZIF-6，ZIF-8對(duì)噻吩和苯的吸附量均高于對(duì)異辛烷的吸附量，但是在中高壓下，異辛烷在ZIF-8中幾乎不吸附，這一點(diǎn)上要優(yōu)于ZIF-3和ZIF-6。
　　3.COF-300具有大孔洞，

5、疏水性的特點(diǎn)，預(yù)期添加到PDMS膜中會(huì)很好的改善膜對(duì)有機(jī)物的分離效果。通過分子模擬的方法研究了COF-300材料對(duì)丁醇/水的吸附擴(kuò)散性能以及汽油脫硫方面的應(yīng)用，結(jié)果表明COF-300對(duì)丁醇的吸附性能不僅遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于PDMS，而且要比ZIF材料更好一些，雖然水的擴(kuò)散速率要比丁醇的擴(kuò)散速率增加更大，但是總體上，COF-300對(duì)丁醇/水的分離性能要好與PDMS。在對(duì)噻吩/苯/異辛烷吸附方面，發(fā)現(xiàn)COF-300對(duì)三種組分單獨(dú)吸附時(shí)吸附量均很高，但是