均苯三甲酰氯(TMC)是制备反渗透膜过程中最常用的一种酰氯。日本和美国最开始使用TMC进行反渗透膜制备的研究,后来我国在上世纪九十年代使用均三甲苯为原材料氧化制得均苯三甲酰氯,开始了TMC在反渗透膜方面的研究。除了TMC以外,5-氧甲酰氯-异酞酰氯(CFIC)和5-异氰酸酯-异酞酰氯(ICIC)近些年也被使用于实验研究以及具体生产制备中,CFIC材料是由两个甲酰氯基团以及一个氧甲基酰氯基分布于苯环的1, 3, 5 三个键位上,而ICIC材料上则是一个异氰酸酯基。另外,间苯二甲酰氯、邻苯二甲酰氯和对苯二甲酰氯也常用于复合芳香聚酰胺反渗透膜的制备。在这次的模拟中我们采用的是均苯三甲酰氯(TMC),均苯三甲酰氯常温下为浅黄色固体粉末,具有刺激性气味。可由三光气与均苯三甲酸在碱催化下反应得到。均苯三甲酰氯的熔沸点分别为32~38 ℃和180 ℃,密度为2。32~3 g/ml[9-10]。

1。2 分子模拟技术

1。2。1 分子模拟技术的介绍

近些年来随着科学技术的飞速发展,计算机计算应用于分子层面的计算也越来越多的被应用。传统的实验方法在高分子反渗透膜方面的研究在很多方面还有着局限性,比如说实验现象以及反应机理,无法通过具体的属性以及分子内的反应运动情况对实验结果进行最有效的改进。与传统的实验相比,许多通过实验很难直接得到结果的数据,以及许多很难实现的实验条件都可以通过计算机模拟的方法完成,使用计算机为工具来对膜内部的分子进行动力学模拟,可以在分子层面更清楚地了解反应发生的过程,通过直观的分子运动过程可以了解到模拟膜模型内部复杂的反应现象,并且通过模拟得到的宏观性数据进行结构方面的分析,促进高分子材料的开发和使用。计算机模拟的过程是在理论的基础上,根据力学等原理构筑模型与算法,模拟实际环境下分子间的运动与反应过程,从而得到理想的分子结构和分子运动的状态[10-15]。

1。2。2 分子模拟的方法

分子模拟的方法主要有4种:量子力学方法、分子力学方法、分子动力学方法和分子蒙特卡洛方法[16-19]。 

量子力学方法基于物理以及数学各方面的原理,通过分子结构的微观数据,比如,键长,键角,电荷密度等分子的基础性质,通过改变这些基础性质来得到满足需求的分子结构。这种方法是在绝对零度真空的条件下对单个分子进行模拟计算的。过去的量子力学方法由于受到计算机计算速度以及人类认知等方面的限制,一直局限于单个小分子的模拟与计算,随着科技的不断进步,该计算方法已可以应用于大分子聚合物的低聚物等物质的模型的合成。但是在很多高聚物的合成上依然有很多缺陷。

分子力学法又称Force Field方法,是在分子水平上解决问题的非量子力学技术。在对高聚物进行计算分析的过程中,使用量子力学的模拟方法对数千个原子进行模拟是不现实的,所以要通过分析整个力场内分子的各种特性来进行模拟与计算。该法是根据经典力学的方法把分子中各个原子的能量以函数的形式描述出来,由于各个原子在各个点的受力不同,所以能量亦不同,而整个能量场与结构的关系即构成了分子力场的函数。力场函数内的参数可以由量子力学的方法或者实际的实验数据所得到。这种方法由于它高速稳定的性质广泛应用于大分子高聚物合成的研究中。

分子动力学模拟目前被广泛的应用于计算机模拟,它是基于牛顿运动力学原理而发展形成的一种算法。该方法是以某一种特定的原子或分子为特定的研究目标,把不同状态下的该种粒子视为一个集合,通过经典的力学原理研究各个离子的运动状态,分析粒子势能的变化情况,得到在不同状态下的运动规律与能量的变化。相比于分子力学而言,分子力学计算的只是粒子在力场中能量的状态,而在实际实验过程中,还会受到温度,压强等因素的影响,分子动力学模拟正是将这些会影响状态的因素都计算在内得到的分析结果。在不断的模拟技术的发展中,分子动力学模拟也越来越多的被应用于各个领域。

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