以碳纳米管为水通道仿生构建海水淡化新媒介的基础研究

发布时间：2023-04-19 01:02

　　正渗透作为一种潜在的水纯化与淡化新途径正在引起人们的关注。选择合适的正渗透分离膜一直是制约该技术走出实验室并实现大规模应用的瓶颈问题之一。受生物领域的启发，利用生物通道的简化理论模型-碳纳米管构筑正渗透膜用于海水淡化领域，来解决正渗透过程内浓差极化以及水通量过低等问题。本文利用分子动力学模拟方法，以碳纳米管仿生构筑正渗透膜，考察了水分子以及盐离子在不同尺寸碳纳米管中的密度分布、扩散系数、水通量、盐截留等。 首先，通过分子动力学方法，以扶手椅式、电中性的碳纳米管(R,R)构筑正渗透膜，R=6^-11，膜两侧分别为不同浓度的氯化钠溶液。模拟结果表明，水在碳纳米管中的流动速度是非常快的。对于CNT(6,6)、CNT(7,7)、CNT(8,8)、CNT(9,9)型碳纳米管，均可以获得100%的盐截留，而对于CNT(8,8)型碳纳米管不但可以获得较高的盐截留，同样可以得到较高的水通量。当碳管的管径达到CNT(10,10)、CNT(11,11)型时，钠离子就会从原料液进入汲取液从而降低了盐截留率。 受传统膜科学中分离膜的荷电化可提升膜海水分离效能的启发，在前期工作基础上尝试以荷...

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
1 文献综述
    1.1 海水淡化简介
        1.1.1 国内外水资源现状
        1.1.2 海水淡化技术
    1.2 正渗透过程简介
        1.2.1 正渗透技术
        1.2.2 正向渗透技术的研究进展
        1.2.3 正渗透技术的应用前景
    1.3 碳纳米管简介
        1.3.1 碳纳米管的结构
        1.3.2 碳纳米管的性能
        1.3.3 碳纳米管的制备
        1.3.4 碳纳米管的应用前景
    1.4 本文的研究意义
2 动力学模拟的理论基础
    2.1 分子模拟方法概述
        2.1.1 分子动力学方法
    2.2 分子动力学方法基本原理
        2.2.1 体系模型的构建
        2.2.2 力场参数的选择
        2.2.3 体系初始化
        2.2.4 周期性边界
        2.2.5 体系力的计算
        2.2.6 运动方程
    2.3 模拟结果的分析处理
    2.4 水分子在碳纳米管内的扩散
    2.5 分子模拟的优势
    2.6 分子模拟软件 AMBER 的介绍
    2.7 本章小节
3 以碳纳米管为盐水通道的分子动力学模拟研究
    3.1 模拟体系和研究方法
        3.1.1 模拟体系
        3.1.2 研究方法
    3.2 结果与讨论
        3.2.1 水的渗透性
        3.2.2 盐截留
    3.3 本章小结
4 以荷电化碳纳米管为盐水通道的分子动力学模拟研究
    4.1 模拟体系和模拟方法
        4.1.1 体系模型的构建
        4.1.2 模拟过程
        4.1.3 势能函数的选取
    4.2 结果与讨论
        4.2.1 水在不同荷电量修饰碳纳米管中的径向密度分布
        4.2.2 水在不同荷电量碳纳米管中的轴向密度分布
    4.3 海水通过电荷修饰碳纳米管的扩散行为的研究
        4.3.1 水分子在不同荷电量碳纳米管中的轴向扩散系数
        4.3.2 管径对水分子通过碳纳米管的扩散系数的影响
    4.4 不同荷负电量碳纳米管的盐截留率和通水性能(水通量)
        4.4.1 盐截留率
        4.4.2 水通量
    4.5 本章小结
5 结论
参考文献
致谢
个人简历
发表的学术论文



本文编号：3793397