正滲透作為一種潛在的水純化與淡化新途徑正在引起人們的關注。選擇合適的正滲透分離膜一直是制約該技術走出實驗室并實現(xiàn)大規(guī)模應用的瓶頸問題之一。受生物領域的啟發(fā)，利用生物通道的簡化理論模型-碳納米管構(gòu)筑正滲透膜用于海水淡化領域，來解決正滲透過程內(nèi)濃差極化以及水通量過低等問題。本文利用分子動力學模擬方法，以碳納米管仿生構(gòu)筑正滲透膜，考察了水分子以及鹽離子在不同尺寸碳納米管中的密度分布、擴散系數(shù)、水通量、鹽截留等。 首先，通過分子動力學方法，以扶手椅式、電中性的碳納米管(R,R)構(gòu)筑正滲透膜，R=6^-11，膜兩側(cè)分別為不同濃度的氯化鈉溶液。模擬結(jié)果表明，水在碳納米管中的流動速度是非�？斓摹τ贑NT(6,6)、CNT(7,7)、CNT(8,8)、CNT(9,9)型碳納米管，均可以獲得100%的鹽截留，而對于CNT(8,8)型碳納米管不但可以獲得較高的鹽截留，同樣可以得到較高的水通量。當碳管的管徑達到CNT(10,10)、CNT(11,11)型時，鈉離子就會從原料液進入汲取液從而降低了鹽截留率。 受傳統(tǒng)膜科學中分離膜的荷電化可提升膜海水分離效能的啟發(fā)，在前期工作基礎上嘗試以荷...

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 文獻綜述
    1.1 海水淡化簡介
        1.1.1 國內(nèi)外水資源現(xiàn)狀
        1.1.2 海水淡化技術
    1.2 正滲透過程簡介
        1.2.1 正滲透技術
        1.2.2 正向滲透技術的研究進展
        1.2.3 正滲透技術的應用前景
    1.3 碳納米管簡介
        1.3.1 碳納米管的結(jié)構(gòu)
        1.3.2 碳納米管的性能
        1.3.3 碳納米管的制備
        1.3.4 碳納米管的應用前景
    1.4 本文的研究意義
2 動力學模擬的理論基礎
    2.1 分子模擬方法概述
        2.1.1 分子動力學方法
    2.2 分子動力學方法基本原理
        2.2.1 體系模型的構(gòu)建
        2.2.2 力場參數(shù)的選擇
        2.2.3 體系初始化
        2.2.4 周期性邊界
        2.2.5 體系力的計算
        2.2.6 運動方程
    2.3 模擬結(jié)果的分析處理
    2.4 水分子在碳納米管內(nèi)的擴散
    2.5 分子模擬的優(yōu)勢
    2.6 分子模擬軟件 AMBER 的介紹
    2.7 本章小節(jié)
3 以碳納米管為鹽水通道的分子動力學模擬研究
    3.1 模擬體系和研究方法
        3.1.1 模擬體系
        3.1.2 研究方法
    3.2 結(jié)果與討論
        3.2.1 水的滲透性
        3.2.2 鹽截留
    3.3 本章小結(jié)
4 以荷電化碳納米管為鹽水通道的分子動力學模擬研究
    4.1 模擬體系和模擬方法
        4.1.1 體系模型的構(gòu)建
        4.1.2 模擬過程
        4.1.3 勢能函數(shù)的選取
    4.2 結(jié)果與討論
        4.2.1 水在不同荷電量修飾碳納米管中的徑向密度分布
        4.2.2 水在不同荷電量碳納米管中的軸向密度分布
    4.3 海水通過電荷修飾碳納米管的擴散行為的研究
        4.3.1 水分子在不同荷電量碳納米管中的軸向擴散系數(shù)
        4.3.2 管徑對水分子通過碳納米管的擴散系數(shù)的影響
    4.4 不同荷負電量碳納米管的鹽截留率和通水性能(水通量)
        4.4.1 鹽截留率
        4.4.2 水通量
    4.5 本章小結(jié)
5 結(jié)論
參考文獻
致謝
個人簡歷
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本文編號：3793397