本文選題：分子模擬 + 雜化膜�。� 參考：《華北理工大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：目前國內(nèi)外普遍關(guān)注全球變暖問題,綠色少碳成為了人們追崇的生活方式。從混合氣CO2/N2中分離出CO2氣體是能源及化工行業(yè)的重要分離過程,膜法分離在CO2回收中發(fā)揮著重要作用。雜化聚酰亞胺膜是將無機(jī)相摻雜到連續(xù)的高分子聚酰亞胺體系中而形成的具有無機(jī)相和有機(jī)相共同優(yōu)良性質(zhì)的膜材料,其突破了傳統(tǒng)無機(jī)膜或有機(jī)膜材料研發(fā)的瓶頸。從分子結(jié)構(gòu)來預(yù)測復(fù)合膜的宏觀性質(zhì),進(jìn)而對氣體的溶解擴(kuò)散性能預(yù)測成為研究熱點(diǎn)。分子模擬技術(shù)可以縮小聚合物膜材料的研發(fā)周期,減少試驗(yàn)所需材料的耗費(fèi),提高效率并節(jié)約開發(fā)成本。實(shí)驗(yàn)并不能從聚合物的自由體積、聚合物與納米粒子間的氫鍵、吸附能與吸附位等微觀角度對氣體的溶解擴(kuò)散進(jìn)行解釋與表征,而分子模擬技術(shù)補(bǔ)充了實(shí)驗(yàn)存在的不足之處。以PMDA-ODA型聚酰亞胺為基本模擬單元,納米SiO2顆粒為摻雜劑,采用COMPASS力場為勢能模型,運(yùn)用蒙特卡洛、分子力學(xué)與動力學(xué)方法對雜化聚酰亞胺膜(PI/SiO2)的氣體滲透性能進(jìn)行了研究。構(gòu)建了含20個單體的等規(guī)立構(gòu)高分子鏈,經(jīng)一系列優(yōu)化處理過程,獲取了與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相近的聚合物高分子鏈結(jié)構(gòu)模型。分子動力學(xué)計(jì)算獲取了CO2與N2在PI聚合物中的溶解、擴(kuò)散與滲透的相關(guān)系數(shù),通過XRD確定了體系的可靠性,研究發(fā)現(xiàn)PI分子與SiO2之間的氫鍵使得SiO2顆粒在PI模型中能夠穩(wěn)定存在,自由體積等參數(shù)的計(jì)算表明無機(jī)納米SiO2顆粒的引入增強(qiáng)了膜對CO2的滲透分離性能。
[Abstract]:At present, the problem of global warming is concerned at home and abroad, and green and less carbon has become the way of life. Separation of CO _ 2 from CO _ 2 / N _ 2 mixture is an important separation process in energy and chemical industry. Membrane separation plays an important role in CO _ 2 recovery. Hybrid polyimide membrane is a kind of membrane material with excellent properties of inorganic phase and organic phase which is formed by doping inorganic phase into continuous polymer polyimide system. It breaks through the bottleneck of traditional inorganic membrane or organic membrane material research and development. The macroscopical properties of the composite membrane are predicted from the molecular structure, and the prediction of the solubility and diffusion properties of the gas becomes a hot research topic. Molecular simulation technology can reduce the research and development cycle of polymer membrane materials, reduce the cost of materials needed for testing, improve the efficiency and save the development cost. The experiments can not explain and characterize the gas dissolution and diffusion from the angle of free volume of polymer, hydrogen bond between polymer and nanoparticles, adsorption energy and adsorption site, etc. However, molecular simulation technology complements the shortcomings of the experiment. The gas permeability of hybrid polyimide membrane (Pi / Sio _ 2) was studied by Monte Carlo method using PMDA-ODA polyimide as basic simulation unit, nano-SiO _ 2 particles as dopant, and compass force field as potential energy model. The isotactic polymer chain containing 20 monomers was constructed. After a series of optimization processes, a polymer chain structure model similar to the experimental data was obtained. The correlation coefficients of dissolution, diffusion and permeation of CO _ 2 and N _ 2 in Pi polymer were obtained by molecular dynamics calculation. The reliability of the system was determined by XRD. It is found that the hydrogen bond between Pi molecule and Sio _ 2 makes the Sio _ 2 particles exist stably in the Pi model. The calculation of the free volume and other parameters shows that the introduction of inorganic nano-SiO _ 2 particles enhances the permeability and separation performance of the membrane to CO _ 2.
【學(xué)位授予單位】：華北理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ051.893

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2063491