本文采用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法，研究了電容去離子(CDI)體系與功能化納米多孔石墨烯(NPG)膜相結(jié)合去除水中甲醇的可行性。考察了不同電場(chǎng)(EF)作用下(模擬電容效應(yīng))電極-甲醇和甲醇-水的徑向分布函數(shù)，甲醇與水的自擴(kuò)散系數(shù)，膜附近的水密度，甲醇與膜的相互作用能，甲醇與水的氫鍵結(jié)構(gòu)，膜附近甲醇分子的二維密度圖，評(píng)價(jià)了氫鈍化孔NPG膜對(duì)甲醇的分離性能。結(jié)果表明，適當(dāng)強(qiáng)度的EF可以減少甲醇附近的水分子數(shù)量，增加甲醇與水的自擴(kuò)散系數(shù)，增加氫化孔的疏水性，減少NPG膜與甲醇的相互作用，削弱水與甲醇分子的氫鍵相互作用。這些結(jié)果表明，適當(dāng)?shù)腅F值可以提高NPG膜對(duì)甲醇的滲透性，驗(yàn)證了CDI體系與氫化NPG膜結(jié)合去除水中甲醇的可行性。本研究有望提出一種潛在的CDI應(yīng)用技術(shù)，同時(shí)也為功能化NPG膜去除水中小有機(jī)分子提供了新的思路。
圖1. 初始構(gòu)型模擬快照和NPG膜的構(gòu)象圖。
圖2. (a)不同EF強(qiáng)度下石墨烯電極與甲醇分子的RDF。(b)水溶液中的甲醇分子和水分子的RDF。
圖3. (a) 0 V/nm， (b) 0.001 V/nm， (c) 0.01 V/nm， (d) 0.1 V/nm， 和(e) 0.2 V/nm場(chǎng)強(qiáng)下的快照，顯示了不同EF時(shí)石墨烯電極附近甲醇的分布。
圖4. 水分子密度沿X-軸分布。
圖5. 不同EF強(qiáng)度下NPG膜與甲醇之間的(a)vdW (b)靜電相互作用能。
相關(guān)研究成果由燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院、亞穩(wěn)材料制備技術(shù)與科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室Yong Han等人于2022年發(fā)表在Chemosphere (https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2022.137011)上。原文：Removal of methanol from water by capacitive deionization system combined with functional nanoporous graphene membrane。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
