有機分子在滲透汽化膜中溶解擴散過程的實驗及模擬研究.pdf

1、有機溶劑的脫水及回收在精細化工，醫(yī)藥化工，日用化工及新能源等領域是非常重要的，傳統(tǒng)上采取精餾，萃取或者分子篩等技術來達到分離有機物和水的目的。作為新的膜分離技術，滲透汽化現(xiàn)在已經迅速發(fā)展并成為高效的產業(yè)化分離技術。從分子水平上研究不同基團及聚合物對膜分離性能的影響對設計特定功能和性質的滲透汽化膜至關重要。通過在分子層面上研究小分子在膜上的吸附及擴散，可以更好的在微觀角度了解滲透氣化膜溶解吸附機理。
　　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力學法，主要針對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)對有機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膜中的溶解擴散情況。發(fā)現(xiàn)當PDMS∶VTES=1∶1即引入乙烯基量是Si的摩爾量的一半時，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。最后實驗發(fā)現(xiàn)vinyl∶Si=1/2的膜的選擇性為49.85，遠大于純PDMS膜的30.67，證實了前面模擬結論。
　　2、由于具有較好的熱力學穩(wěn)定性，靈活的網絡結構和超疏水性，ZIF材料已經被很多研究者運用到構建以PDMS為基礎的混合基質膜中。本課題主

4、要運用動力學模型，研究各種ZIF結構對丁醇的吸附性能的差異以及ZIF材料在汽油脫硫方面的應用。結果表明ZIF-3，ZIF-6和ZIF-8對丁醇的具有較好的吸附性能，且吸附量遠遠大于PDMS對丁醇的吸附。在對噻吩/苯/異辛烷模擬方面，發(fā)現(xiàn)ZIF-3，ZIF-6，ZIF-8對噻吩和苯的吸附量均高于對異辛烷的吸附量，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，預期添加到PDMS膜中會很好的改善膜對有機物的分離效果。通過分子模擬的方法研究了COF-300材料對丁醇/水的吸附擴散性能以及汽油脫硫方面的應用，結果表明COF-300對丁醇的吸附性能不僅遠遠高于PDMS，而且要比ZIF材料更好一些，雖然水的擴散速率要比丁醇的擴散速率增加更大，但是總體上，COF-300對丁醇/水的分離性能要好與PDMS。在對噻吩/苯/異辛烷吸附方面，發(fā)現(xiàn)COF-300對三種組分單獨吸附時吸附量均很高，但是