在等温等压系统下模拟TFC片段、PNIPAM链、钙离子的运动轨迹,由于钙离子主要与有机物的氧原子发生相互作用,因此通过径向分布函数分析钙离子与有机物中氧原子的分布情况。
TFC片段与钙离子在4.46Å处呈现尖锐的特征峰,表明TFC片段与钙离子具有明显的吸附作用特性。通过TFC片段与钙离子的相互作用分析,静电引力是TFC片段吸附钙离子的主要作用力。PNIPAM链与钙离子呈现无规律的径向分布函数,表明PNIPAM链与钙离子间的相互作用较弱。
缺乏静电引力的作用下,钙离子与PNIPAM链的距离始终大于6.54Å。由于钙离子与腐植酸具有络合作用,随着钙离子接近纳滤膜,将形成“膜-钙离子-腐植酸”三者间的桥接作用,该作用将显著增加纳滤膜污染。综上,接枝PNIPAM链可降低膜表面的电负性,抑制纳滤膜与阳离子的相互作用,从而减轻纳滤膜与多元污染物间的复合污染。
天津津腾实验室温控响应型纳滤膜,通过性能分析、动态污染试验、分子动力学模拟,得到以下结论:
(1)温控响应型纳滤膜具有较薄且疏松的聚酰胺分离层结构,相比于TFC膜的流量提升约71%,对硫酸钠的截留率在97%以上。
(2)在纳滤错流运行过程中,相较于TFC膜,TFC-PNIPAM膜的比通量衰减速率明显减缓。在过膜水量为120mL时,相比于TFC膜,TFC-PNI-PAM膜的比通量提升8.4%。
(3)分子动力学模拟表明PNIPAM链降低了纳滤膜与钙离子间的相互作用,钙离子难以吸附至纳滤膜表面,抑制了“膜-钙离子-腐植酸”三者间的桥接作用,从而有效缓解了膜污染问题。
