分子模拟研究气体在4种膜材料中的分离行为

发布时间：2021-09-25 00:22

　　利用分子模拟技术,从分子水平上研究CO₂/N₂在4种常见高分子膜材料中的渗透机理与分离性能.通过分子动力学方法和蒙特卡罗方法对材料的微观性质和CO₂/N₂在4种材料中的溶解扩散过程进行模拟计算.将计算结果与文献值对比,结果显示具有一致性.材料的微观作用决定材料在气体分离方面的宏观性能,计算结果从微观角度揭示了材料分子结构的自由体积尺寸越大,气体在材料中的扩散性能越强;而材料中空穴的数量越多,气体在材料中的溶解性能越好.计算结果表明,本文模拟的两种橡胶态聚合物具有高灵活性的分子链和较小的内聚能密度,而两种玻璃态聚合物则与之相反,这使得CO₂/N₂在两种橡胶态聚合物中的渗透性能大于其在两种玻璃态聚合物中的渗透性能. 

【文章来源】：膜科学与技术. 2020,40(03)北大核心CSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

4种高分子材料单体结构

表2 4种高分子材料FFV计算值与文献值Table 2 Comparison of simulated values and experimented values of free volume fractions of four polymer systems 聚合物 PI PSf PDMS PTFPMS 模拟值 17.83 9.52 21.76 20.95 FFV/% 文献值 17[22] 9.66[23] 21.9[24] 29[25]表3 4种高分子材料内聚能密度计算值与文献值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 模拟值 5.785 6.634 4.619 5.757 内聚能密度/(107cal·m-3) 文献值 12.74[26] 15.76[27] 4.23[28] 7.74[29]

由图3可知,4种材料的高分子链运动性能强弱顺序为PDMS>PTFPMS>PI>PSf.PTFPMS分子结构中含柔性侧基-CH2CH2CF3,可以减小空间位阻,故其分子链较为灵活.PDMS中含Si-O基团,具有较小键能,易旋转.而PI和PSf中含苯环,刚性较强,因此与前2种高分子材料相比链运动性能较差.可以预测气体在4种高分子材料中的扩散系数大小为PDMS>PTFPMS>PI>PSf.这与2.1.2中内聚能密度预测的气体在4种高分子材料中渗透系数大小相一致.2.2 气体传输性能模拟计算

【参考文献】：
期刊论文
[1]高分子基气体分离膜材料研究进展[J]. 谭婷婷,展侠,冯旭东,李继定.  化工新型材料. 2012(10)
[2]6FDA型聚酰亚胺中气体溶解行为的分子模拟[J]. 伍艳辉,张海峰,李明,刘仲能.  化工学报. 2009(03)
[3]分子模拟研究小分子在聚硅氧烷中扩散行为[J]. 黄宇,刘庆林.  厦门大学学报(自然科学版). 2006(05)



本文编号：3408721