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
