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新算法通过重绘膜外貌图案优化净水

栏目:行业资讯 宣布时间:2021-03-25
?科技日报北京3月16日电 (实习记者张佳欣)据近日宣布在《美国国家科学院院刊》的一篇论文,科学家探究了溶质与膜外貌亲和力宏观特征的相关性。这项研究接纳的新盘算要领将为应用于可连续水处理的下一代膜系统作出孝敬。

        科技日报北京3月16日电 (实习记者张佳欣)据近日宣布在《美国国家科学院院刊》的一篇论文,科学家探究了溶质与膜外貌亲和力宏观特征的相关性。这项研究接纳的新盘算要领将为应用于可连续水处理的下一代膜系统作出孝敬。

        解决水处理中膜技术的一个基本问题,是要了解溶质和膜外貌之间的亲和力或吸引力如何影响水净化历程。

        研究发明,在小组测试的八种溶质(包括氨、硼酸、异丙醇和甲烷等)中,亲水的溶质喜欢疏水外貌,疏水的溶质喜欢亲水外貌,尽管这些吸引力比其原本特点带来的吸引力要弱。

        研究小组开发了一种算法,通过重新排列膜外貌化学基团重绘外貌图案,以使给定溶质与膜外貌亲和力最小化或最大化,或者使一种溶质相关于另一种溶质的外貌亲和力最大化。这种算法以一种类似于自然选择的方法“进化”外貌图案,将它们优化到特定的功效。

        通过模拟,研究小组发明,膜外貌亲和力与溶质疏水性的古板特性(如溶质在水中的溶解度)相关性不大。相反,外貌亲和力与靠近膜外貌或靠近溶质的水分子结构改变保存更强的联系。

        论文主要作者雅各布·门罗解释说:“与主体水或远离膜外貌的水相比,疏水外貌四周的水结构波动增强了。波动导致测试的每种小溶质的黏性增加。”

        这一发明意义重大,这标明研究人员在设计新的膜外貌时,应该把重点放在膜周围水分子的反应上,而不是受古板的疏水性指标所影响。

        研究人员体现,由差别类型的分子通过化学反应组成的膜外貌,可能是实现其多个性能目标的要害。仅通过重新排列空间图案,就有可能显著增加或降低给定溶质的外貌亲和力,而不会改变保存于膜外貌的基团数量。

        这项事情为控制溶质与膜外貌亲和力的分子相互作用提供了详细的解释,解决了下一代膜设计路径上的重大挑战。别的,重构外貌图案提供了一种强大的工程膜设计战略,可对抗种种污染物,并可精确地控制每种溶质的疏散方法。因此,它为研发以节能方法净化高污染水的下一代膜系统,提供了分子设计规则和目标。

 


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