单层多孔石墨烯膜结构对C_(2)烃气体分离性能影响的分子动力学研究

利用分子动力学模拟研究了孔径、孔形状、官能团修饰对纳米多孔石墨烯膜分离C_(2)烃气体的效率和选择性的影响。结果表明:孔径为0.444~0.484 nm的石墨烯膜对乙烷的截留性能较好,乙烯的通过率较高;圆形孔石墨烯膜具有较高的气体通过效率,扁平孔石墨烯膜具有较高的气体分离的选择性;孔短径为0.510 nm、孔长径为1.164 nm的石墨烯膜对乙烷的截留性能较好,其乙烯通量较大;孔径为0.596 nm且孔口周围带有两个羧基的石墨烯膜对乙烯的截留性能较好,乙炔的通过率较高。所得模拟结果为设计高效、高选择性分离C_(2)烃气体的单层多孔石墨烯膜提供理论依据。

单层多孔石墨烯膜反渗透特性的分子动力学研究

采用经典分子动力学方法研究了多孔石墨烯膜的反渗透特性,揭示了盐溶液质量浓度、外部压强、孔面积和孔形状对多孔石墨烯膜反渗透特性的影响规律。结果表明:脱盐率随着盐溶液质量浓度的增加而增大;水通量随着外部压强与孔面积增加而增大,但同时脱盐率随着外部压强与孔面积增加而降低;孔形状越趋近于圆形,水分子透过多孔石墨烯膜的能障越小,说明水分子越容易通过多孔石墨烯膜。相同脱盐率情况下,该模型中的水通量结果比实验报道中聚酰胺复合反渗透膜的水通量高2个量级。因此,多孔石墨烯膜将有可能在海水淡化和功能渗透膜领域发挥重要作用,研究结果将为基于石墨烯材料的反渗透膜研发设计提供一定的理论参考。