通过分子动力学模拟研究聚合物反渗透膜中的水与溶质传输动力学
计算物理
2016-07-18 v1 软凝聚态物质
化学物理
摘要
使用非平衡分子动力学 (NEMD) 模拟，研究了聚酰胺反渗透 (RO) 膜 FT-30 对水及六种不同溶质（甲醇、乙醇、2-丙醇、尿素、Na+ 和 Cl-）的埃尺度传输特性。结果表明，水的传输随膜聚合物结构中连通的渗透自由体积（即水可及开放空间）比例的增加而增加。这种自由体积在分子水平上因膜的动态结构而增强，膜在吸水时发生溶胀并因分子碰撞而振动，从而形成连接膜两侧表面的连续路径。溶质传输可用的曲折路径导致溶质分子的布朗运动，并在其穿过膜的聚合物网络结构时发生从孔隙到孔隙的跃迁。具有较大范德华体积的溶质，其醇类溶质的传输会降低，这对应于膜聚合物结构内可用的渗透自由体积或溶质可及空间较少。然而，脱水溶质的范德华尺寸通常不是预测溶质传输或截留的良好指标。尽管尿素的范德华体积小于乙醇，但与乙醇相比，尿素的传输有所降低，这很可能是由于其更复杂的化学性质。Na+ 和 Cl- 的传输最低，可能是由于强烈的离子-水和离子-离子静电相互作用。
引用
@article{arxiv.1607.04627,
title = {Dynamics of water and solute transport in polymeric reverse osmosis membranes via molecular dynamics simulations},
author = {Meng Shen and Sinan Keten and Richard M. Lueptow},
journal= {arXiv preprint arXiv:1607.04627},
year = {2016}
}