利用分子模擬技術,從分子水平上研究CO₂/N₂在4種常見高分子膜材料中的滲透機理與分離性能.通過分子動力學方法和蒙特卡羅方法對材料的微觀性質(zhì)和CO₂/N₂在4種材料中的溶解擴散過程進行模擬計算.將計算結果與文獻值對比,結果顯示具有一致性.材料的微觀作用決定材料在氣體分離方面的宏觀性能,計算結果從微觀角度揭示了材料分子結構的自由體積尺寸越大,氣體在材料中的擴散性能越強;而材料中空穴的數(shù)量越多,氣體在材料中的溶解性能越好.計算結果表明,本文模擬的兩種橡膠態(tài)聚合物具有高靈活性的分子鏈和較小的內(nèi)聚能密度,而兩種玻璃態(tài)聚合物則與之相反,這使得CO₂/N₂在兩種橡膠態(tài)聚合物中的滲透性能大于其在兩種玻璃態(tài)聚合物中的滲透性能. 

【文章來源】：膜科學與技術. 2020,40(03)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

4種高分子材料單體結構

表2 4種高分子材料FFV計算值與文獻值Table 2 Comparison of simulated values and experimented values of free volume fractions of four polymer systems 聚合物 PI PSf PDMS PTFPMS 模擬值 17.83 9.52 21.76 20.95 FFV/% 文獻值 17[22] 9.66[23] 21.9[24] 29[25]表3 4種高分子材料內(nèi)聚能密度計算值與文獻值Table 3 Comparison of simulated values and experimented values of cohesion energy densities of four kinds of polymer materials 聚合物 PI PSf PDMS PTFPMS 模擬值 5.785 6.634 4.619 5.757 內(nèi)聚能密度/(107cal·m-3) 文獻值 12.74[26] 15.76[27] 4.23[28] 7.74[29]

由圖3可知,4種材料的高分子鏈運動性能強弱順序為PDMS>PTFPMS>PI>PSf.PTFPMS分子結構中含柔性側基-CH2CH2CF3,可以減小空間位阻,故其分子鏈較為靈活.PDMS中含Si-O基團,具有較小鍵能,易旋轉.而PI和PSf中含苯環(huán),剛性較強,因此與前2種高分子材料相比鏈運動性能較差.可以預測氣體在4種高分子材料中的擴散系數(shù)大小為PDMS>PTFPMS>PI>PSf.這與2.1.2中內(nèi)聚能密度預測的氣體在4種高分子材料中滲透系數(shù)大小相一致.2.2 氣體傳輸性能模擬計算

【參考文獻】：
期刊論文
[1]高分子基氣體分離膜材料研究進展[J]. 譚婷婷,展俠,馮旭東,李繼定.  化工新型材料. 2012(10)
[2]6FDA型聚酰亞胺中氣體溶解行為的分子模擬[J]. 伍艷輝,張海峰,李明,劉仲能.  化工學報. 2009(03)
[3]分子模擬研究小分子在聚硅氧烷中擴散行為[J]. 黃宇,劉慶林.  廈門大學學報(自然科學版). 2006(05)



本文編號：3408721