膜及水溶液內(nèi)擴散過程的分子模擬研究.pdf

1、本論文針對目前傳統(tǒng)試驗手段用在研究分子擴散過程以及擴散系數(shù)方面的局限性，通過分子動力學(xué)模擬(Molecular Dynamic Simulation)的手段，研究了小分子在膜以及水溶液內(nèi)的擴散過程。主要進(jìn)行的研究工作包括：氧氣等氣體分子在水溶液內(nèi)擴散過程的模擬；甲醇等有機物分子在水溶液內(nèi)擴散過程的模擬；水和鹽分子在膜中擴散狀態(tài)及擴散系數(shù)的研究。 對溫度為298.15K.、293K、303K、313K時的氣體水體系進(jìn)行了動力學(xué)模擬

2、。在建立模型時分別加入了不同數(shù)目的分子。模擬結(jié)果表明：對于一定濃度和溫度的被研究體系，擴散系數(shù)的模擬計算值與分子數(shù)樣本有關(guān)系。在氣體水體系中，隨著模型中分子數(shù)的增多，其擴散系數(shù)先增大后減??；比較不同分子數(shù)時的模擬曲線與實驗曲線，發(fā)現(xiàn)當(dāng)氣體分子數(shù)為6，模擬值與實驗值吻合最好。 對溫度為293.15K，壓力為0.1MPa，濃度分別為0.2mol/l、0.4mol/l、0.6mol/l、0.8mol/l的甲醇水溶液進(jìn)行了分子動力學(xué)模擬

3、，建立模型時分別加入了不同數(shù)目的分子。模擬結(jié)果表明：在一定濃度和溫度的有機物水體系中，擴散系數(shù)的模擬計算值會隨著模型中分子數(shù)的增多而增大，且逐漸的接近于實驗值。通過該方法，計算了三中有機物在水中以及鹽水中的擴散系數(shù)。 通過分子動力學(xué)模擬的方法模擬了水分子和鹽分子在膜中的擴散過程，并通過聚類分析法計算了其擴散系數(shù)。通過對NaCl分子在膜中擴散系數(shù)的分析，發(fā)現(xiàn)NaCl分子在膜內(nèi)的擴散隨著膜類型的不同而受制于不同的離子。 在8

4、種反滲透膜中，水分子在膜HT/MMPD中的擴散系數(shù)最大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于在其它膜內(nèi)的擴散系數(shù)；水分子在膜TMC/MMPD、CFIC/MMPD中的擴散系數(shù)分別比在TMC/MPD、CFIC/MPD中小。本文中TMC/MPD在體系中的擴散系數(shù)為0.0115A2/ps，已有的模擬結(jié)果為0.015A2/ps，兩個結(jié)果基本吻合。對模擬結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)在溫度、壓力等外部條件相同的情況下，水分子，Na+與Cl-在納濾膜內(nèi)的擴散系數(shù)比在反滲透膜中高，約為2-3