石墨烯基膜反渗透特性及其机理研究

发布时间：2021-05-21 06:01

　　石墨烯基材料因其原子级的厚度和优异的综合力学特性,可作为理想的新一代反渗透膜。本文设计了石墨烯基反渗透膜（包括氢化多孔石墨烯膜和柱状石墨烯膜）,运用分子动力学方法研究压力驱动下盐水的反渗透特性。通过对渗流定律、水通量、效益权衡的理论分析和计算,本文研究结果能与已有技术进行比较,从而发现石墨烯基膜在反渗透领域的巨大优越性。结果表明,两种反渗透膜都具有极高的选择性、渗透性和抗垢性,是理想的新型反渗透膜材料。本文研究结果为石墨烯材料反渗透特性研究提供了理论基础,并为纳米级反渗透膜的设计给予参考。首先,主要研究了体系温度、驱动压力和膜孔径对反渗透膜的渗透性和选择性的影响,得到了反渗透特性规律和合适的理论分析方法。随着温度和驱动力的提升,水分子渗透提高,但大孔径RO膜的选择性会降低。考虑到这种背反效应需要综合分析,提出了效益权衡方法。根据对水通量或截留率选择性侧重,可以通过调节效益系数获得的效益值去评估各系统参数的效用。当将选择性和渗透性视为同等重要时,由于压力的增大,水分子渗透速度提升,但离子截留率下降较快,导致效益值下降。小孔径膜可以通过调节温度场和压力场来提高效益,大孔径的则需要在各要素间... 

【文章来源】：江苏大学江苏省

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 石墨烯基反渗透材料
        1.2.1 多孔石墨烯反渗透膜
        1.2.2 碳纳米管反渗透膜
        1.2.3 柱状石墨烯反渗透膜
    1.3 反渗透研究简介
        1.3.1 反渗透技术
        1.3.2 反渗透面临的的挑战
        1.3.3 微尺度反渗透研究
    1.4 本文主要内容
第二章 分子动力学方法
    2.1 引言
    2.2 分子动力学原理
        2.2.1 分子动力学简介
        2.2.2 分子模拟的步骤
    2.3 LAMMPS基本概念及其设定
        2.3.1 系综
        2.3.2 边界条件
        2.3.3 截断半径与近邻列表
        2.3.4 时间步长
    2.4 模型与势函数
        2.4.1 Lennard-Jones势
        2.4.2 Coulomb势
        2.4.3 Airebo势
    2.5 本章小结
第三章 石墨烯基膜反渗透特性
    3.1 引言
    3.2 模型和模拟方法
    3.3 结果分析与讨论
        3.3.1 温度场和压力场对反渗透特性的影响
        3.3.2 孔径效应对反渗透特性的影响
        3.3.3 剪切作用对反渗透特性的影响
        3.3.4 反渗透特性的效益权衡
    3.4 总结
第四章 石墨烯基膜反渗透机理研究
    4.1 引言
    4.2 反渗透云图机理分析
    4.3 微观结构分析
        4.3.1 能障与氢键作用
        4.3.2 孔径效应与水合作用
    4.4 总结
第五章 总结与展望
    5.1 研究总结
    5.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表的学术成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]氢化多孔石墨烯反渗透特性及机理分析[J]. 张忠强,于凡顺,刘珍,张福建,程广贵.  物理学报. 2020(09)
[2]石墨烯碳纳米管复合结构渗透特性的分子动力学研究[J]. 张忠强,李冲,刘汉伦,葛道晗,程广贵,丁建宁.  物理学报. 2018(05)



本文编号：3199182