602 / 2023-04-18 17:44:17
新型二维类石墨烯反渗透膜的高通量设计与模拟验证
反渗透膜,高通量设计,模拟验证,海水淡化,二维纳米材料
摘要录用
牛愉涛 / 昆明理工大学材料科学与工程学院
孟堃 / 昆明理工大学
于晓华 / 昆明理工大学
淡水匮乏已经成为全球可持续发展的一个突出瓶颈,所有国家都在分享这个严重的现实。目前,寻找高性能的二维(2D)海水淡化膜仍然是一个巨大的挑战,而涉及密度函数理论-机器学习(DFT-ML)框架的高通量筛选被认为是解决这一难题的重要途径。在这里,通过粒子群算法广泛选择具有理想的盐离子保留、水通量、机械性能和使用寿命的海水淡化膜;随后,通过多种模拟技术对筛选出的典型结构进行了详尽的验证。DFT和ML的结果显示,新的二维海水淡化膜可以通过能量密度(8.4-8.8 eV/atom)、吸附能(<-0.5 eV)和机械性能参数(C(θ)>32 GPa, v(θ)>0.25)巧妙地被挑出来。为了验证这一假设,通过第一原理和分子动力学详细研究了一种新型二维海水淡化膜(命名为Kust-II),发现Kust-II具有良好的机械、热力学和动力学稳定性。正如预期的那样,Kust-II表现出100%的脱盐效率,因为它有足够的Na+吸附位点,灵活的电子结构,出色的选择性和令人满意的水流量。通过精心的筛选,我们还意外地发现Kust-II的机械性能是可以接受的,它甚至具有有利于回收利用的自清洁功能,表明筛选策略达到了预期的目标。该研究为海水淡化膜的有效筛选和设计引入了创新思路,有望为海水淡化技术的推广带来重大机遇。
重要日期
  • 会议日期

    04月21日

    2023

    04月23日

    2023

  • 04月20日 2023

    初稿截稿日期

  • 04月23日 2023

    注册截止日期

主办单位
中国机械工程学会表面工程分会
承办单位
武汉材料保护研究所有限公司
特种表面保护材料及应用技术国家重点实验室
协办单位
中国科学院兰州化学物理研究所
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西安交通大学
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西南交通大学
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