芳香族ポリイミド膜の遊離体積分析とガス輸送メカニズム：分子シミュレーション研究

分子シミュレーション技術を採用して、さまざまなダイアミンとジアンヒドリドで構成される芳香族ポリイミド（PI）膜の膜を含まない体積形態とガス輸送メカニズムを調査しました。分子動力学（MD）技術を採用して、分数フリーボリューム（FFV）、分数アクセス可能なボリューム（FAV）、フリーボリュームサイズと形状、および拡散メカニズムを分析しました。モンテカルロ（MC）メソッドを使用して、膜のガス収着挙動を分析しました。FFV、FAV、およびフリーボリュームの形態分析は、PI膜のかさばるグループが、より大きくより連続的なフリーボリュームの形成に寄与していることを明らかにしています。熱運動分析は、膜のより効果的な自由体積が、ジャンプや拡散運動などの効果的な動きを促進したことを示しています。収着分析は、より多くの自由量がガス分子吸収のためにより多くの部位を提供することを示しています。MDおよびMCの結果は、過去のレポートの実験データと良好な一致を提供し、分子スケールでのガス分離膜における分子シミュレーション技術の実現可能性を検証します。

Molecular simulation techniques were adopted to investigate membrane free volume morphologies and gas-transport mechanisms in the aromatic polyimide (PI) membranes composed of various diamines and dianhydrides. A molecular dynamics (MD) technique was adopted to analyze the fractional free volume (FFV), fractional accessible volume (FAV), free volume size and shape, and diffusion mechanisms. A Monte Carlo (MC) method was used to analyze the gas sorption behaviors in the membranes. The FFV, FAV, and free volume morphology analyses reveal that bulky groups in the PI membranes contributed to the formation of a larger and more continuous free volume. The thermal motion analysis shows that a greater effective free volume in the membranes promoted effective motion, such as jumping and diffusive motions. The sorption analysis indicates that the larger free volume provides more sites for gas molecule absorption. The MD and MC results provide good agreement with the experimental data from past reports, which validates the feasibility of molecular simulation techniques in gas separation membranes at a molecular scale.