李清　杨登峰　王建花　武琪　刘清芝

(青岛农业大学化学与药学院，山东青岛266109)

直径大于2 nm的(15,15)碳纳米管的仿生生物改性及其脱盐行为的分子模拟

李清杨登峰王建花武琪刘清芝*

(青岛农业大学化学与药学院，山东青岛266109)

模仿水通道蛋白结构在直径大于2 nm的(15,15)的碳纳米管内壁添加不同数量的―NH3+和―COO－，并结合端口改性建立连续的碳纳米管膜模型，利用分子动力学模拟方法研究了水以及Na+和Cl－在碳纳米管中的通量、密度分布和离子进入碳纳米管的平均力势。结果表明，在200MPa压力下，对碳纳米管进行内壁和端口改性可以在保持较高水通量基础上显著提高碳纳米管的截盐作用。当在(15,15)碳纳米管内壁添加5对―COO－和―NH3+基团或内壁添加4对―COO－和―NH3+且端口添加1对时，Cl－截盐率可达到100%，Na+的截盐率达到88%。改性(15,15)碳纳米管的最小水通量仍是未改性(8,8)碳纳米管的4.6倍。

分子动力学模拟；仿生改性；反渗透膜；直径大于2 nm；碳纳米管；截盐作用

碳纳米管由于其结构和性质类似于生物水通道蛋白而被考虑用作制备反渗透膜的材料。近年来模拟5－7和实验8证明，水分子可以自由通过碳纳米管，而且分子模拟和实验数据证实在压力驱动下，水分子通过碳纳米管的流速要比理论计算结果预测的流速高出3－5个数量级8,9。分子模拟发现水分子可以进入半径为0.81 nm扶手椅碳纳米管(6, 6)并且以单分子首尾相接的方式进入5。Corry10用分子模拟方法观察到水分子可以以双分子链的形式进入扶手椅碳纳米管(7,7)和以四分子链形式进入(8,8)碳纳米管。……