分子レベルは、XDLVOおよび分子シミュレーションを介して天然有機物によって誘発されるアニオン交換膜のファウリングを発表します

膜ファウリングは、汚物と膜の間の界面相互作用の相互作用によって決定的に決定され、電気透析（ED）プロセスのアプリケーション拡張を制限する重要な障害です。この研究では、拡張されたDerjaguin-Landau-verwey-overbeek（xdlvo）モデルと分子シミュレーションを実行して、自然有機物（NOM）と共存したカルシウムイオンのアニオン交換膜（AEMS）ファウリングメカニズムを明らかにするための相互作用エネルギー障壁を定量化するために実行されました（NOM）（アルギン酸ナトリウム、フミン酸、およびウシ血清アルブミン）。DMOL3モジュールから得られた洞察は、分子レベルでのNOMの接着プロセスを解釈するためにも利用されました。相互作用エネルギーは、Ca-Nom複合体の存在がAEMS構造の表面空洞の接着を拡大することを示唆しました。分子シミュレーションとXDLVOは、実験的所見に基づいてファウリングの軌跡を予測する上で良い一致を提示しました。短パスの酸塩基相互作用は、ファウリング形成プロセスの調査に支配的な影響を及ぼしました。さらに、アルギン酸ナトリウムは、フミン酸やウシ血清アルブミンよりも、カルシウムイオンブリッジ刺激を通じてより安定した接着挙動を示しました。特に、分子シミュレーションの計算は、膜ファウリングのコロイド成長との優れたレベルの同意を示しました。XDLVO理論とDMOL3モデルを組み合わせて、EDプロセスで膜ファウリングメカニズムを理解するための新しいアプローチを提案しました。

Membrane fouling, critically determined by the interplay of interfacial interaction between foulant and membrane, is a critical impediment that limits application extension of electrodialysis (ED) process. In this study, the extended Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek (XDLVO) model and molecular simulation were performed to quantify the interaction energy barrier for revealing anion exchange membranes (AEMs) fouling mechanisms of calcium ions coexisted with natural organic matter (NOM) (sodium alginate, humic acid, and bovine serum albumin). The insight gained from DMol3 module was also utilized to interpret the adhesion process of NOM at the molecular level. The interaction energy suggested that the presence of Ca-NOM complex magnify the adhesion on the surface cavities of AEMs structures. The molecular simulation and XDLVO presented a good agreement in predicting the fouling trajectory based on the experimental findings. The short-path acid-base interaction exerted a predominant influence on exploring the fouling formation process. In addition, the sodium alginate displayed more stable adhesion behavior through calcium ions bridges stimuli than humic acid and bovine serum albumin. In particular, the molecular simulation calculations exhibited a superior level of concurrence with colloid growth of membrane fouling. Combined XDLVO theory with DMol3 model proposed a new approach to understand membrane fouling mechanisms in ED process.