渗透汽化分离高沸点有机物：PEBA-2533膜扩散选择性及溶胀机理的分子动力学模拟
发布时间：2021-07-25 01:08
苯酚、苯胺作为两种典型的工业化学品,其稀水溶液的排放会造成严重的生态破坏。因此,其分离回收不仅具有经济价值还具有环境效益。糠醛来源于生物质水解,是一种可以参与众多化学反应的平台型化合物。及时地将其从水解液中分离能够有效地提高产率。渗透汽化技术因其经济、环保且易于放大的特点,在分离回收高沸点有机物方面具有极大的应用潜力。PEBA-2533对苯酚、苯胺的渗透汽化分离性能优异,其溶胀性能以及传质特性的研究对膜材料的选择、膜结构的调整具有重要意义。本文采用Materials studio（MS）软件对PEBA-2533膜内组分分子的扩散特性以及在苯酚、苯胺、糠醛溶液中的溶胀性能进行研究。采用PEBA-2533膜渗透汽化分离稀水溶液中的糠醛,结合分子动力学模拟技术研究了原料液-膜界面亲和性以及组分分子在膜内的传输特性。结果表明糠醛与PEBA-2533膜之间的亲和性强于水。传输特性分析表明糠醛分子在膜内部的自扩散选择性随着原料液浓度的升高而增加,且孔道尺寸的大小对高沸点有机物的分离至关重要。此外,对膜内自由体积分数（FFV）、有效体积分数（FAV）以及孔道尺寸分布（FCV）等参数的分析揭示了渗透汽...
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１溶解扩散模型示意图??Ｆｉｇ．?１－１?Ｄｉａｇｒａｍｍａｔｉｃ?ｓｋｅｔｃｈ?ｏｆ?ｓｏｌｕｔｉｏｎ－ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ?ｍｏｄｅｌ??
鉴于计算机有限的运算能力，分子动力学模拟的原子数一般小于１〇，〇〇〇，远小于真??实系统，因而导致其模拟结果与真实体系差别较大，即“尺寸效应”。周期性边界条件的??引入可以较好地解决这一问题。如图２－１所示，中间蓝色边框的盒子即为目标研宄系统，??周围均为具有相同排列方式及运动方式的盒子。系统中任意粒子的离开或进入必有相同??的粒子从对面进入或离开。因此，周期性边界条件可以保证系统的密度恒定进而可以通??过局部的研宄得到系统的整体性质。此外，周期性边界条件下最近镜像法的使用可以保??证对系统边缘分子的受力情况进行全面的分析。从而避免大量的计算及尺寸效应。??＃?＃?ｍ?ｍ?ｍ?⑩??ｍ?⑩?？?．??參⑩攀⑩參⑩??Ｉ?？?？?ｔ?＃?ｍ?］?ｍ?？??１?？?Ｉ?＃?Ｉ?？??＃?＿?＿?＿?＿?參??？⑩?⑩⑩?？⑩??參?鲁?參??Ｉ?Ｉ?：?＾??ｍ?⑩⑩?＿?＿?⑩??⑩⑩?＿??參?⑩⑩?＿?＃?⑩??⑩⑩?參？?參馨??图２－１周期性边界条件??Ｆｉｇ．２－１?Ｐｅｒｉｏｄｉｃ?ｂｏｕｎｄａｒｙ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ
根据ＰＥＢＡ－２５３３的通式及组成［１１）５］，确定ＰＥ?（ＰＴＭＯ）与ＰＡ（ＰＡ－１２）聚合度之比为１１：１。??为了确保模型准确，同时避免计算量过大，最终确定ＰＥ、ＰＡ聚合度分别为２２、２。??ＰＥＢＡ－２５３３聚合度确定为８，分子式如图２－２所示。??「Ｏ?Ｏ?］??ｈｏ—ｃ?－ｎ－（ｃｈ２＾－ｃ－?－?－?〇?｛?ｃｈ２＾?－ｏ－?－ｈ??图２－２?ＰＥＢＡ－２５３３分子结构式??Ｆｉｇ．２－２?Ｔｈｅ?ｃｈｅｍｉｃａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＰＥＢＡ－２５３３?ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ?ｉｎ?ｔｈｉｓ?ｗｏｒｋ??ＰＥＢＡ－２５３３、苯酚、苯胺、糠醛以及水分子的构建由Ｍａｔｅｒｉａｌｓ?ｓｔｕｄｉｏ?（ＭＳ）中的??Ｍａｔｅｒｉａｌｓ?Ｖｉｓｕａｌｉｚｅｒｓ模块完成。分子构建完成后，采用Ｆｏｒｃｉｔｅ模块中的Ｓｍａｒｔ方法进行??优化。模型的构建采用Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ?Ｃｅｌｌ模块构建。为了减小ｃａｔｅｎａｔｉｏｎ及ｓｐｅａｒｉｎｇ现象，??防止链段的过度堆叠，模型初始密度（０．３?ｇ／ｃｍ３）远低于真实密度。模型构建完成后采用??Ｓｍａｒｔ方法进行优化，力场选择ＣＯＭＰＡＳＳ。静电力作用及范德华作用分别选择Ｅｗａｌｄ、??Ａｔｏｍ?ｂａｓｅｄ?方法。??２．４模型验证方法??在进行分子动力学模拟之前，需要对模型的可靠性进行验证以考察所选力场及分子??结构是否合适。虽然无法避免模型与实际体系之间的差异
【参考文献】：
期刊论文
[1]渗透汽化和汽体渗透膜技术应用及其浮浅思考[J]. 李继定,展侠,葛洪,陈剑,王蕾,韩小龙,蔡卫滨. 膜科学与技术. 2011(03)
[2]聚环糊精填充PDMS渗透蒸发膜分离苯酚水溶液[J]. 方志平,姜忠义. 化工学报. 2006(04)
[3]含酚废水的危害及处理方法的应用特点[J]. 张锦,李圭白,马军. 化学工程师. 2001(02)
[4]渗透汽化膜处理含酚废水[J]. 刘南安,张可达. 功能高分子学报. 1992(04)
硕士论文
[1]甲烷在构造煤中吸附和扩散的分子模拟[D]. 荆雯.太原理工大学 2010
[2]电氧化处理苯酚及苯胺废水的工艺研究[D]. 周苗苗.郑州大学 2009
本文编号：3301797
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１溶解扩散模型示意图??Ｆｉｇ．?１－１?Ｄｉａｇｒａｍｍａｔｉｃ?ｓｋｅｔｃｈ?ｏｆ?ｓｏｌｕｔｉｏｎ－ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ?ｍｏｄｅｌ??
鉴于计算机有限的运算能力，分子动力学模拟的原子数一般小于１〇，〇〇〇，远小于真??实系统，因而导致其模拟结果与真实体系差别较大，即“尺寸效应”。周期性边界条件的??引入可以较好地解决这一问题。如图２－１所示，中间蓝色边框的盒子即为目标研宄系统，??周围均为具有相同排列方式及运动方式的盒子。系统中任意粒子的离开或进入必有相同??的粒子从对面进入或离开。因此，周期性边界条件可以保证系统的密度恒定进而可以通??过局部的研宄得到系统的整体性质。此外，周期性边界条件下最近镜像法的使用可以保??证对系统边缘分子的受力情况进行全面的分析。从而避免大量的计算及尺寸效应。??＃?＃?ｍ?ｍ?ｍ?⑩??ｍ?⑩?？?．??參⑩攀⑩參⑩??Ｉ?？?？?ｔ?＃?ｍ?］?ｍ?？??１?？?Ｉ?＃?Ｉ?？??＃?＿?＿?＿?＿?參??？⑩?⑩⑩?？⑩??參?鲁?參??Ｉ?Ｉ?：?＾??ｍ?⑩⑩?＿?＿?⑩??⑩⑩?＿??參?⑩⑩?＿?＃?⑩??⑩⑩?參？?參馨??图２－１周期性边界条件??Ｆｉｇ．２－１?Ｐｅｒｉｏｄｉｃ?ｂｏｕｎｄａｒｙ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ
根据ＰＥＢＡ－２５３３的通式及组成［１１）５］，确定ＰＥ?（ＰＴＭＯ）与ＰＡ（ＰＡ－１２）聚合度之比为１１：１。??为了确保模型准确，同时避免计算量过大，最终确定ＰＥ、ＰＡ聚合度分别为２２、２。??ＰＥＢＡ－２５３３聚合度确定为８，分子式如图２－２所示。??「Ｏ?Ｏ?］??ｈｏ—ｃ?－ｎ－（ｃｈ２＾－ｃ－?－?－?〇?｛?ｃｈ２＾?－ｏ－?－ｈ??图２－２?ＰＥＢＡ－２５３３分子结构式??Ｆｉｇ．２－２?Ｔｈｅ?ｃｈｅｍｉｃａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＰＥＢＡ－２５３３?ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ?ｉｎ?ｔｈｉｓ?ｗｏｒｋ??ＰＥＢＡ－２５３３、苯酚、苯胺、糠醛以及水分子的构建由Ｍａｔｅｒｉａｌｓ?ｓｔｕｄｉｏ?（ＭＳ）中的??Ｍａｔｅｒｉａｌｓ?Ｖｉｓｕａｌｉｚｅｒｓ模块完成。分子构建完成后，采用Ｆｏｒｃｉｔｅ模块中的Ｓｍａｒｔ方法进行??优化。模型的构建采用Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ?Ｃｅｌｌ模块构建。为了减小ｃａｔｅｎａｔｉｏｎ及ｓｐｅａｒｉｎｇ现象，??防止链段的过度堆叠，模型初始密度（０．３?ｇ／ｃｍ３）远低于真实密度。模型构建完成后采用??Ｓｍａｒｔ方法进行优化，力场选择ＣＯＭＰＡＳＳ。静电力作用及范德华作用分别选择Ｅｗａｌｄ、??Ａｔｏｍ?ｂａｓｅｄ?方法。??２．４模型验证方法??在进行分子动力学模拟之前，需要对模型的可靠性进行验证以考察所选力场及分子??结构是否合适。虽然无法避免模型与实际体系之间的差异
【参考文献】：
期刊论文
[1]渗透汽化和汽体渗透膜技术应用及其浮浅思考[J]. 李继定,展侠,葛洪,陈剑,王蕾,韩小龙,蔡卫滨. 膜科学与技术. 2011(03)
[2]聚环糊精填充PDMS渗透蒸发膜分离苯酚水溶液[J]. 方志平,姜忠义. 化工学报. 2006(04)
[3]含酚废水的危害及处理方法的应用特点[J]. 张锦,李圭白,马军. 化学工程师. 2001(02)
[4]渗透汽化膜处理含酚废水[J]. 刘南安,张可达. 功能高分子学报. 1992(04)
硕士论文
[1]甲烷在构造煤中吸附和扩散的分子模拟[D]. 荆雯.太原理工大学 2010
[2]电氧化处理苯酚及苯胺废水的工艺研究[D]. 周苗苗.郑州大学 2009
本文编号：3301797
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