渗透汽化是一种清洁高效的膜技术,在芳烃/烷烃分离方面具有很好的工业应用前景。高性能膜材料是芳烃/烷烃渗透汽化膜分离技术实现大规模工业化应用的前提和基础,也是膜科学与技术领域的研究热点之一。“孔填充”复合膜在芳烃/烷烃渗透汽化分离方面具有独特的优势,其分离性能主要是由功能层决定的。课题组前期研究发现,作为功能层的聚乙二醇甲基丙烯酸酯的端基结构不同,则“孔填充”复合膜的芳烃/烷烃渗透汽化性能存在明显差异。通过分子模拟,设计合成新型聚合物,是研发高性能聚合物膜材料的有效途径之一。本文设计了一系列不同端基结构的聚乙二醇甲基丙烯酸酯大分子单体,作为芳烃/烷烃渗透汽化“孔填充”复合膜的功能层聚合物。采用Materials Studio软件模拟了甲苯、正庚烷在功能层均聚物中的溶解行为和扩散行为,据此优选并合成适宜端基结构的聚乙二醇甲基丙烯酸酯大分子单体,通过自由基聚合得到其均聚物,并由溶剂蒸发法制备均质膜,通过溶胀吸附-脱附实验表征其芳烃/烷烃吸附选择性。首先,设计端基结构分别为羟基、甲醚基、氨基、羧基、苯基、马来酰亚胺基、α-吡咯烷酮基、甲基苯砜基、N-乙酰吗啉基的系列聚乙二醇甲基丙烯酸酯大分子单体,采用Materials Studio软件分别构建不同端基结构的聚乙二醇甲基丙烯酸酯大分子单体的均聚物模型,模拟甲苯、正庚烷在各均聚物中的溶解行为和扩散行为,分析计算得到其甲苯/正庚烷溶解选择性系数、甲苯/正庚烷扩散选择性系数以及甲苯/正庚烷分离系数。研究发现,353 K时,所设计的聚乙二醇甲基丙烯酸酯类聚合物膜材料的甲苯/正庚烷溶解选择性系数均大于1,扩散选择选择性系数均小于1,表明聚乙二醇甲基丙烯酸酯类聚合物膜材料的芳烃/烷烃渗透汽化分离性能主要来源于溶解选择性。而且,端基结构不同,甲苯/正庚烷分离系数差异较大,端基为N-乙酰吗啉的聚乙二醇甲基丙烯酸酯均聚物的甲苯/正庚烷溶解选择性系数和分离系数都最大,分别达到18.33和15.78。其次,依据Materials Studio分子模拟实验结果,成功合成了含有吗啉酰胺端基结构的单体,即2-（吗啉-4-基）-2-甲基丙烯酸乙酯小分子单体和N-乙酰吗啉端基聚乙二醇甲基丙烯酸酯大分子单体,并利用核磁共振氢谱（¹H-NMR）、核磁共振碳谱(¹³C-NMR)、高分辨率质谱、基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF）以及傅里叶变换红外光谱（FT-IR）等方法对其结构进行了表征,证明成功合成了这两种单体。最后,选择羟端基、甲醚端基、N-乙酰吗啉端基的3种聚乙二醇甲基丙烯酸酯大分子单体,采用自由基聚合得到均聚物,并通过溶剂蒸发法制备均质膜。通过溶胀吸附-脱附实验表征了三种均聚物在不同温度下的甲苯/正庚烷吸附选择性。实验发现,在313-353 K范围内,N-乙酰吗啉端基的聚乙二醇甲基丙烯酸酯均聚物的甲苯/正庚烷吸附选择性系数大于羟端基和甲醚端基均聚物,这与分子模拟计算的结论相符。而且,随温度升高,N-乙酰吗啉端基的聚乙二醇甲基丙烯酸酯均聚物的甲苯/正庚烷吸附选择性系数呈现出增大趋势,在353 K时达到20.44。