【摘 要】
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双碳目标下,二氧化碳（CO2）的捕获、转化与利用具有重要意义。其中,CO2捕获是关键。当前,离子液体（ILs）/聚合物共混膜在分离CO2方面有很好效果,研究人员进行了大量的实验研究,但是目前存在的问题是微观结构不清楚和传质理论的缺乏。通过揭示CO2在共混膜中的传质机理,可为发展高效的分离膜提供理论基础。因此,本文以离子液体-聚偏二氟乙烯（PVDF）共混膜为研究对象,通过分子动力学的方法研究了膜的微
【基金项目】
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国家自然科学基金（No.21978293,No.22178187）； 山东省自然科学基金（ZR202102180830）； 绿色制造创新学院（IAGM2020C18）； 山东省泰山学者计划（TQN20209091）；
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双碳目标下,二氧化碳（CO2）的捕获、转化与利用具有重要意义。其中,CO2捕获是关键。当前,离子液体（ILs）/聚合物共混膜在分离CO2方面有很好效果,研究人员进行了大量的实验研究,但是目前存在的问题是微观结构不清楚和传质理论的缺乏。通过揭示CO2在共混膜中的传质机理,可为发展高效的分离膜提供理论基础。因此,本文以离子液体-聚偏二氟乙烯（PVDF）共混膜为研究对象,通过分子动力学的方法研究了膜的微观结构及其与CO2的相互作用机理。研究内容和结论有以下三点:（1）对不同离子液体的[Bmim][PF6]/PVDF和[Bmim][Tf2N]/PVDF共混膜体系进行了分子动力学模拟。结构分析表明,PVDF链倾向于聚集在表面,ILs被限制在膜内,ILs可以极大地削弱PVDF的结晶性,提高PVDF链的灵活性,从而有利于气体的渗透和扩散。此外,渗透选择性、溶解选择性和扩散选择性的计算结果证实,与[Bmim][PF6]/PVDF相比,[Bmim][Tf2N]/PVDF膜分离CO2/CH4性能更优异,而且溶解选择性起主导作用。共混膜中的高选择性是由于CO2和ILs/PVDF之间的相互作用强于CH4,以及ILs在共混膜内部的快速扩散。对CO2传输过程的详细分析表明,CO2渗透到界面上的驱动力约为-4.11 kJ·mol-1,界面上的大部分CO2几乎与膜平行。（2）对于不同厚度（3nm,4nm,5nm和6nm）的共混膜体系进行了分子动力学模拟。模拟结果表明,PVDF和阴离子以及CO2和阴离子之间的相互作用随着膜厚度的减少而增加,PVDF与阴离子之间的强相互作用可以促进CO2的吸收和溶解,减少ILs/PVDF膜的厚度可以提高CO2/CH4的选择性。此外,在所有的厚度下,[Bmim][Tf2N]/PVDF膜中CO2/CH4的选择性都高于[Bmim][PF6]/PVDF膜。（3）对不同浓度的[Bmim][PF6]离子液体（0 wt%,10wt%,20wt%,30wt%,35wt%,40wt%和50wt%）与PVDF共混膜进行了分子动力学模拟。模拟结果表明,随着ILs含量的增加,PVDF链之间的作用逐渐减弱,复合膜中聚合物结晶区域逐渐减少,因此ILs可以削弱PVDF的结晶性,并且有利于形成多孔的形态。
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