硼酸、硼酸盐及其络合物在反渗透膜内扩散过程的分子模拟

摘要

利用分子模拟的方法建立了交联的反渗透膜模型,采用分子动力学模拟方法研究了水、氯化钠、硼酸、硼酸盐、山梨醇-硼酸盐络合物在反渗透膜和溶液中的扩散过程,以及其他几种硼酸盐与多羟基化合物(D-甘露醇、N-甲基D-葡糖胺和D-葡萄糖酸钠)的络合物在4种反渗透膜中的扩散过程.分析各粒子的均方位移曲线可得,各粒子在溶液中的扩散系数均大于在膜体系的扩散系数,水分子的扩散系数远大于各溶质分子和离子.与硼酸分子相比,硼酸盐离子与其体积相差不大,但受电荷效应的影响,其扩散系数小于硼酸分子一个数量级.与单络合物相比,双络合物由于分子体积增大,扩散系数更小.因此在反渗透络合强化脱硼过程中应保持过量的山梨醇添加量,以提高其双络合物浓度.在1,3,5-环己烷三甲酰氯/4-甲基间苯二胺(HT/MMPD)反渗透膜中,N-甲基D-葡糖胺-硼酸盐络合物的扩散系数是5种络合物中最低的,D-葡萄糖酸钠-硼酸盐络合物在含有间苯二胺(MPD)单体的膜类型中扩散系数较低,而D-甘露醇-硼酸盐络合物在含有MMPD单体的膜类型中扩散系数较低.由各粒子的轨迹图可知,各粒子在溶液中做较稀疏的无规则扩散运动,在膜内粒子由于受到聚酰胺膜结构的限制做较密集的扩散运动.