本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種超濾膜表面吸附單元與小分子污染物結(jié)合強(qiáng)度的預(yù)測方法。具體為先構(gòu)建體系的結(jié)構(gòu)，隨后計算小分子與超濾膜表面吸附單元的結(jié)合自由能曲線，在此基礎(chǔ)上計算出結(jié)合常數(shù)。通過對結(jié)合過程的分析得出結(jié)合機(jī)理，并對吸附單元的優(yōu)化提供理論指導(dǎo)。結(jié)果表明，使用該方法所得的計算結(jié)果準(zhǔn)確，且能有效降低設(shè)計費(fèi)用，并顯著提高設(shè)計效率。因此，本文所述的理論方法可用于超濾膜表面吸附單元與小分子污染物結(jié)合強(qiáng)度的預(yù)測。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術(shù)涉及一種超濾膜表面吸附單元與小分子污染物結(jié)合強(qiáng)度的預(yù)測方法。具體為先構(gòu)建體系的結(jié)構(gòu)，隨后計算小分子與超濾膜表面吸附單元的結(jié)合自由能曲線，在此基礎(chǔ)上計算出結(jié)合常數(shù)。通過對結(jié)合過程的分析得出結(jié)合機(jī)理，并對吸附單元的優(yōu)化提供理論指導(dǎo)。結(jié)果表明，使用該方法所得的計算結(jié)果準(zhǔn)確，且能有效降低設(shè)計費(fèi)用，并顯著提高設(shè)計效率。因此，本文所述的理論方法可用于超濾膜表面吸附單元與小分子污染物結(jié)合強(qiáng)度的預(yù)測。【專利說明】
本專利技術(shù)屬于水處理領(lǐng)域中的理論預(yù)測技術(shù)，涉及評價超濾膜工組效率的問題。
技術(shù)介紹
自來水是我國居民最主要的飲用水來源。隨著經(jīng)濟(jì)與工業(yè)的快速發(fā)展，越來越多的江河湖泊成為工廠污水排放的下水道；而在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，大量使用的農(nóng)藥與化肥也使水體嚴(yán)重富營養(yǎng)化。這些因素使水源中充斥了大量的有機(jī)小分子污染物，導(dǎo)致各地飲用水水源污染形勢逐漸惡化，嚴(yán)重威脅到中國人的飲水安全與身體健康。目前，我國的常規(guī)自來水處理工藝是以混凝、沉淀、過濾、消毒為主體，該方法以去除水源水中的懸浮物、膠體和病原菌等為目的，但對水源水中有機(jī)物的去除效果較差。因此，如何降低水中的有機(jī)小分子污染物成為自來水處理中待解決的新課題。與常規(guī)凈水技術(shù)相比，以超濾為代表的膜分離技術(shù)能去除水中有機(jī)污染物。利用膜的選擇性分離實(shí)現(xiàn)不同組分的分離、純化、濃縮。膜分離方法能縮短工藝流程，設(shè)備占地遠(yuǎn)小于同等處理能力的傳統(tǒng)工藝單元。膜分離技術(shù)被認(rèn)為是未來飲用水凈化領(lǐng)域內(nèi)的一大發(fā)展方向。超濾膜可以在分子范圍內(nèi)對組分進(jìn)行分離，并且該過程是一種物理過程，不發(fā)生相變，無需添加助劑。超濾膜對水中的某些有機(jī)小分子污染物有較高的去除率，但操作壓力高，通量較低。因此，需要將其與其它方法聯(lián)用以克服上述問題。通過在超濾膜上直接耦合吸附纖維，將超濾膜的過濾篩分作用和纖維的吸附作用同時整合入膜組件內(nèi)部。通過協(xié)調(diào)這兩個作用，可以實(shí)現(xiàn)對飲用水中不同極性與分子量的有機(jī)污染物的全面去除。為了實(shí)現(xiàn)對不同極性有機(jī)分子的同時吸附，需要了解各種有機(jī)小分子污染物與多種吸附纖維的結(jié)合能力，為吸附纖維的選取提供基礎(chǔ)。如果在實(shí)驗(yàn)層面上對超濾膜逐一接枝不同的纖維，并對不同極性的有機(jī)小分子測試吸附性能，不僅費(fèi)時費(fèi)力，而且，其中任何一步出現(xiàn)問題，都無法使評價工作完成。因此，發(fā)展一種理論預(yù)測方法，直接在微觀層面分析水中有機(jī)小分子污染物與超濾膜表面吸附纖維的結(jié)合能力，能有效降低設(shè)計費(fèi)用，顯著提高設(shè)計效率，并為吸附纖維的優(yōu)化與改進(jìn)提供理論依據(jù)與指導(dǎo)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是針對上述存在的問題，提供一種理論預(yù)測超濾膜與小分子污染物結(jié)合強(qiáng)度的方法，以使評估超濾膜的工作效率。為實(shí)現(xiàn)本專利技術(shù)所提供的技術(shù)方案包括以下步驟:I)選取兩種小分子分別作為水中污染物以及超濾膜表面的吸附單元，通過ChemDraw 和 VMD 建模。2)采用分子動力學(xué)模擬軟件NAMD模擬體系在溶劑中的運(yùn)動。在該程序中使用CHARMM立場描述體系中各個分子之間的相互作用。應(yīng)用周期性邊界條件。使用Langevin動力學(xué)和Langevin活塞壓力控制，將溫度和壓強(qiáng)保持在298K和lbar。使用Verlet r-RESPA算法對運(yùn)動方程進(jìn)行積分。采用SHAKE算法對所有包含氫原子的共價鍵進(jìn)行限制。對于非鍵相互作用采用應(yīng)用截斷，靜電相互作用采用PME方法處理。3)選取反應(yīng)坐標(biāo),采用Adaptive biasing force method方法計算兩個小分子結(jié)合時的自由能變化。4)通過以下公式計算出兩個小分子的結(jié)合自由能常數(shù)。【權(quán)利要求】1.一種快速評價超濾膜表面吸附單元與小分子污染物結(jié)合強(qiáng)度的方法，其特征在于:應(yīng)用理論方法計算水中污染物小分子與超濾膜表面吸附單元間的結(jié)合常數(shù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的評價結(jié)合強(qiáng)度的方法，其特征在于:使用分子動力學(xué)模擬結(jié)合自由能計算方法預(yù)測結(jié)合常數(shù)，且該結(jié)果應(yīng)用于水處理領(lǐng)域。【文檔編號】G01N33/00GK103558348SQ201310589576【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日 【專利技術(shù)者】卞希慧, 代昭, 魏俊富 申請人:天津工業(yè)大學(xué)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種快速評價超濾膜表面吸附單元與小分子污染物結(jié)合強(qiáng)度的方法，其特征在于：應(yīng)用理論方法計算水中污染物小分子與超濾膜表面吸附單元間的結(jié)合常數(shù)。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：卞希慧，代昭，魏俊富，
申請(專利權(quán))人：天津工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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