【摘 要】
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聚酰胺反渗透膜优异的水通量和良好的盐截留率保证了其成为目前最重要的反渗透膜.由于现有的实验方法难以从分子层面揭示聚酰胺反渗透膜透水截盐的机理,目前对聚酰胺反渗透膜的分离机理尚未有明确的定论.分子动力学模拟技术是研究微观结构和性质的重要工具,本文借助分子动力学模拟,通过四步放大法建立了合理的聚酰胺膜原子模型,从分子尺度揭示聚酰胺分离层的微观结构和水分子传递机理.模拟结果表面,聚酰胺反渗透膜中存在如图
【机 构】
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浙江大学化学工程与生物工程学院,膜与水处理教育部工程中心,杭州,310027 Dan F.Smit
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聚酰胺反渗透膜优异的水通量和良好的盐截留率保证了其成为目前最重要的反渗透膜.由于现有的实验方法难以从分子层面揭示聚酰胺反渗透膜透水截盐的机理,目前对聚酰胺反渗透膜的分离机理尚未有明确的定论.分子动力学模拟技术是研究微观结构和性质的重要工具,本文借助分子动力学模拟,通过四步放大法建立了合理的聚酰胺膜原子模型,从分子尺度揭示聚酰胺分离层的微观结构和水分子传递机理.模拟结果表面,聚酰胺反渗透膜中存在如图1所示的三种苯环残基结构单元,即平行堆积二元体结构单元、L型二元体结构单元和线型二元体结构单元.通过有序参数和径向数量密度分布函数可以对聚酰胺膜中苯环残基之间的相互作用进行定量描述,确定出聚酰胺膜中的三种结构类型.就含量而言,线型二元体结构单元最多,平行堆积二元体结构单元最少.这些结构单元错综复杂地相互作用,从而形成多种多样的高级结构.聚酰胺膜内的三种苯环残基结构单元直接影响聚酰胺膜的孔径分布.通过这三种结构单元中苯环所限定的区域的几何分析可以计算出这些结构单元对膜孔径分布的贡献分别为0.15-0.19 nm,0.10-0.24 nm和0.16-0.61 nm,基本解释了大部分膜孔的来源.模拟结果还表明,聚酰胺膜内大部分膜孔相互贯通(见图2),膜内水分子的动态追踪表明只有约6％的水分子会被束缚在死端膜孔内,大部分水分子能够在聚酰胺膜内自由扩散,表明膜内存在有水分子通道.水分子通道内存在大量的水簇和水链,而且通道内水分子受聚酰胺的束缚力明显弱于在膜主体内受到的束缚力.
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