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燕山大學電氣工程學院、亞穩材料制備技術與科學國家重點實驗室Yong Han--電容去離子系統與功能納米多孔石墨烯膜相結合去除水中甲醇
       本文采用分子動力學模擬方法,研究了電容去離子(CDI)體系與功能化納米多孔石墨烯(NPG)膜相結合去除水中甲醇的可行性。考察了不同電場(EF)作用下(模擬電容效應)電極-甲醇和甲醇-水的徑向分布函數,甲醇與水的自擴散系數,膜附近的水密度,甲醇與膜的相互作用能,甲醇與水的氫鍵結構,膜附近甲醇分子的二維密度圖,評價了氫鈍化孔NPG膜對甲醇的分離性能。結果表明,適當強度的EF可以減少甲醇附近的水分子數量,增加甲醇與水的自擴散系數,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。這些結果表明,適當的EF值可以提高NPG膜對甲醇的滲透性,驗證了CDI體系與氫化NPG膜結合去除水中甲醇的可行性。本研究有望提出一種潛在的CDI應用技術,同時也為功能化NPG膜去除水中小有機分子提供了新的思路。

 圖1. 初始構型模擬快照和NPG膜的構象圖。
  圖2. (a)不同EF強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場強下的快照,顯示了不同EF時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強度下NPG膜與甲醇之間的(a)vdW (b)靜電相互作用能。

         相關研究成果由燕山大學電氣工程學院、亞穩材料制備技術與科學國家重點實驗室Yong Han等人于2022年發表在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。

轉自《石墨烯研究》公眾號
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