基于MS的聚酰胺膜有机溶剂分离仿真

关键词：Materials Studio；有机溶剂纳滤；聚酰胺膜；分子模拟；膜分离

一、文章简要介绍

有机溶剂纳滤是化工制药行业的节能分离主力，但传统聚酰胺膜亲水致密，己烷、甲苯这类非极性溶剂几乎过不去。东华大学团队在Nature Communications用非平面二胺ODA配低共熔溶剂与环己烷界面聚合，做出约12纳米的Janus聚酰胺层，极性非极性通量同时拉高，甲醇36.6、己烷56.6升每平方米每小时巴（DOI：10.1038/s41467-025-63663-0）。

研究概念与两种聚酰胺网络的自由体积对比

蓝色是自由体积，ODA/TMC的FFV达到33.8%，比MPD/TMC高出近一倍

二、仿真步骤

步骤一：无定形建模。ODA是4,4’-二氨基二苯醚，醚键把两个苯环掰出113.6度夹角，分子天然扭曲。Materials Studio 2020的Amorphous Cell模块搭26.1埃无定形盒，装6个ODA单体加7个DES分子，COMPASS II力场描述相互作用，优化退火后再跑NPT、NVT各100皮秒。

单体在水和DES中的MSD曲线与氢键可视化

ODA在DES中扩散放缓，DFT等值面标出氢键位置

平衡后按均方位移算扩散：ODA在DES里扩散明显放缓，高黏度加氢键双重压制；TMC反过来从环己烷侧扩散，无水环境掐掉了酰氯水解。

步骤二：界面聚合制膜。1% ODA溶在氯化胆碱与乙二醇的低共熔溶剂，0.15% TMC溶在环己烷，接触75秒，Nylon基膜上长出约12纳米聚酰胺层，截面无缺陷。

膜表面与截面形貌及溶剂接触角

各溶剂接触角低于25度，水接触角89度偏疏水

步骤三：分离性能测试。反应75秒时RB19截留率94.4%，再延长反应截留几乎不变而通量持续下跌，交联度已饱和，长的是厚度。

反应时间优化与染料截留曲线

75秒时RB19截留94.4%，切割界限锐利

通量覆盖全极性谱：丙酮88.1、甲醇36.6、己烷56.6、甲苯10.2，传统聚酰胺膜对非极性溶剂基本不通，这张膜两条腿走路。

三、关键结果与发现

步骤四：跨膜传输模拟。聚酰胺结构先在Materials Studio无定形模块搭好，导出GROMACS用GAFF2力场跑，500开尔文平衡20纳秒，再在膜一侧分别注入己烷和甲醇各跑100纳秒。快照里黄色己烷穿过膜明显快过红色甲醇；径向分布函数指认甲醇被氧氮位点用氢键拴在0.3纳米附近，这就是极性溶剂反而跑不快的微观原因。

己烷与甲醇跨膜传输的MD快照

黄色己烷穿透快过红色甲醇，与实验通量一致

九种染料的进料与透过液对比

626道以上染料被完全截留

溶剂浸泡后的通量保持情况

七种溶剂浸泡后通量截留几乎不掉

四、我们提供的服务

我们可提供以下仿真服务：①聚酰胺膜分子建模；②膜分离分子动力学模拟；③自由体积与孔隙结构分析；④界面聚合工艺优化；⑤通量与截留性能评估。

如需相关服务，欢迎通过公众号"320科技工作室"联系我们。