【摘要】：膜法反滲透技術(shù)是目前主流的海水淡化技術(shù),開(kāi)發(fā)性能優(yōu)越的膜材料是反滲透技術(shù)的主要任務(wù)之一。聚酰胺復(fù)合膜(PA)是目前應(yīng)用最廣泛的膜材料之一,其具有水通量大,脫鹽率高、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn),但同時(shí)也存在諸如抗污染性能較差,滲透率與離子選擇性之間存在trade-off制約等不足,人們通常對(duì)膜進(jìn)行改性來(lái)改善這些問(wèn)題。納米技術(shù)的發(fā)展為這些問(wèn)題的解決提供了新的突破口,其中將CNTs摻雜到聚酰胺活性層(CNTs/PA)受到了廣泛的關(guān)注。但在摻雜過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)CNTs分散不均勻的情況,致使膜產(chǎn)生缺陷,反而降低膜的性能。但目前的實(shí)驗(yàn)方法很難有效調(diào)控CNTs在膜中的具體分散形貌,也就無(wú)從知道哪種形貌有利于膜的性能提升,而分子動(dòng)力學(xué)方法作為一種“虛擬實(shí)驗(yàn)”可以做到,因此本文采用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法,探究純PA膜的脫鹽性能,以及CNTs/PA混合膜的結(jié)構(gòu)和脫鹽性能,并分析CNTs的分散形貌對(duì)混合膜的影響。首先,本文研究了純PA膜體系,分別考察了膜內(nèi)、外水分子的微觀結(jié)構(gòu)與動(dòng)力學(xué)特性,以及PA膜的脫鹽性能。結(jié)果表明膜內(nèi)親水功能基團(tuán)的分布位置對(duì)水分子在膜內(nèi)的傳遞有重要的影響;由于膜通道的限制作用使得水分子在膜內(nèi)主要形成2個(gè)氫鍵,構(gòu)成鏈狀的氫鍵結(jié)構(gòu),進(jìn)而有利于水分子在膜內(nèi)的定向傳遞。水分子在膜內(nèi)通過(guò)氫鍵連接形成水團(tuán)簇,當(dāng)最大水團(tuán)簇的尺寸為300時(shí),膜通道已被水團(tuán)簇貫通,也就是說(shuō)膜內(nèi)存在貫穿整個(gè)膜區(qū)域的水通道,這對(duì)水分子的傳遞是有利的。在本論文的研究體系下,膜的阻鹽率為100%,同時(shí)水通量與文獻(xiàn)值相當(dāng),且溫度的升高使水通量有所增大。然后,模擬了CNTs/PA混合膜模型,以探究CNTs分散形貌對(duì)PA膜性能的影響。在各混合膜中,阻鹽率皆為100%;而對(duì)于水通量,CNTs分散形貌對(duì)其有很大的影響,其中分散形貌處于平行狀態(tài)的混合膜水通量最大,相比于純PA膜提升了31.8%,這主要是由于CNTs為水分子提供了直的快速傳輸通道,進(jìn)而使膜的水通量得到大幅提升。通過(guò)探究混合膜中CNTs內(nèi)的氫鍵特性發(fā)現(xiàn)水分子主要形成2和3個(gè)氫鍵,并形成四邊形的水分子結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)的形成對(duì)水分子在管內(nèi)的高速傳遞有利,進(jìn)而為水通量的提升做出貢獻(xiàn)。本文采用分子動(dòng)力學(xué)方法探究了PA膜內(nèi)的傳遞機(jī)理以及CNTs分散形貌對(duì)CNTs/PA混合膜通水阻鹽性能的影響,以期為制備高性能的反滲透膜提供理論依據(jù),并并為改善反滲透技術(shù)提供理論指導(dǎo)。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P747.5

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 徐國(guó)榮;王生輝;趙河立;胥建美;李露;劉曉昱;;海水淡化聚酰胺復(fù)合反滲透膜的發(fā)展趨勢(shì)與展望[J];膜科學(xué)與技術(shù);2015年05期

2 張寧;李維仲;陳聰;左建國(guó);;氫鍵準(zhǔn)則在DMSO水溶液中應(yīng)用的評(píng)價(jià)[J];物理化學(xué)學(xué)報(bào);2013年09期

3 張秋根;周國(guó)波;劉慶林;;有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化分離膜研究進(jìn)展[J];高分子通報(bào);2006年11期

本文編號(hào)：2719825