氢键影响纳滤过程位阻效应：实验证据与计算分析

氢键作用对纳滤过程位阻效应的影响是当前纳米过滤领域的一个重要研究课题。本文由作者王刚、王翔等人撰写，他们基于天津工业大学材料系的研究背景，专注于从氢键的角度来探索这一现象。纳滤过程中的位阻效应是指分子通过膜孔时受到阻碍的程度，这对于理解溶质的选择性传递至关重要。 文章的核心内容围绕着几个关键点展开。首先，作者选择了几种具有代表性的极性分子，如苯酚、咖啡因、对苯二酚、间苯二酚和邻苯二酚，以及间苯三酚，来进行纳滤实验。这些分子在水溶液中形成氢键的能力不同，影响了它们与水分子的相互作用，从而影响其在纳滤过程中的体积变化。实验发现，当极性分子通过氢键与水分子结合时，由于分子体积的膨胀，尤其沿氢键链方向，它们在穿过纳滤膜时会遇到更大的阻力，即位阻效应增强，导致截留率上升。 然而，随着温度的升高，氢键的稳定性降低，水合分子的半径减小，这在一定程度上削弱了位阻效应，使得截留率有所下降。根据实验结果，截留率的顺序呈现出苯酚>咖啡因>对苯二酚>间苯二酚>邻苯二酚>间苯三酚的序列，这表明分子氢键强度和结构对其在纳滤过程中的行为有显著影响。 为了深入分析这一现象，作者利用Material Studio软件对纳滤过程中的分子体积变化、氢键键能和生成热进行了数值计算，旨在量化氢键作用对位阻效应的具体贡献。这些计算结果不仅有助于验证现有理论，也为优化纳滤过程提供数据支持，可能为设计更高效的纳滤膜提供了新的思路。 总结来说，本研究揭示了氢键在纳滤过程中对位阻效应的动态影响，这对于理解纳滤技术在实际应用中的性能至关重要，特别是在生物制药和食品化工等领域，能够指导针对特定分子的纳滤过程设计和优化。这项工作丰富了我们对纳滤分离机制的理解，为进一步提升纳滤技术的效率和选择性提供了科学依据。