聚合物反渗透膜中污染物的排斥机制
化学物理
2016-07-19 v1 软凝聚态物质
计算物理
摘要
尽管反渗透 (RO) 在水净化方面取得了成功，但污染物排斥的分子级物理化学过程尚未被充分理解。在此，我们对模型聚酰胺 RO 膜进行了 NEMD 模拟，以了解水中离子和中性污染物的传输与排斥机制。我们观察到排斥随离子大小呈非单调变化。特别是，半径为 2.4 A 的尿素的排斥高于半径为 2.6 A 的乙醇，并且半径为 2.2-2.8 A 的有机溶质的排斥低于半径为 1.4 A 的 Na+ 或半径为 2.3 A 的 Cl-。我们表明这可以通过膜中的溶质可及分子间体积以及溶质-水对相互作用能来解释。如果膜分子结构中最小的开放空间都大于水合溶质，则溶质-水对相互作用能无关紧要。然而，当聚合物结构中的开放空间使得溶质必须脱落至少一个水分子才能通过部分膜分子结构时，对相互作用能决定了溶质的排斥。离子溶剂化壳层中水分子的高对相互作用能使水分子难以脱落，从而增强了离子的排斥。另一方面，有机溶质-水相互作用能由与溶质形成氢键的水分子决定。尿素分子比醇分子具有更多的氢键位点，导致尿素的排斥高于具有相似大小但氢键位点较少的乙醇分子。这些发现强调了在反渗透背景下溶质溶剂化壳层和溶质-水-膜化学的重要性，从而为 RO 膜中的溶质传输和排斥提供了新见解。
引用
@article{arxiv.1607.04680,
title = {Rejection mechanisms for contaminants in polymeric reverse osmosis membranes},
author = {Meng Shen and Sinan Keten and Richard M. Lueptow},
journal= {arXiv preprint arXiv:1607.04680},
year = {2016}
}