1. Title & Journal
Title : Molecular Dynamics Study of a Polymeric Reverse Osmosis Membrane
Journal : Journal of Physics Chemistry B 2009, 113
2. Background of author
Edward Harder, D. Eric Walters, Yaroslav D. Bodnar, Ron S. Faibish*1, Beno?t Rout*2
*1 Department of Biochemistry and Molecular Biology, Center for Integrative Science, University of Chicago
*2 Argonne National Laboratory
3. Summary
본 논문은 현재 해수담수화 공정에서 주로 사용되는 사용되는 멤브레인 공정 중 PA-TFC RO을 분자 동역학 방법을 사용하여 이를 합성하고 시뮬레이션 수행을 통해 그 매커니즘 및 성능을 이해하고자 하였다. 시뮬레이션 결과 검증을 위해 Dow FILMTEC FT30의 막 구조를 시뮬레이션을 수행하고 해당 막을 사용한 실험결과와 비교하였다. TF30은 PA계 막으로 m-phenylenediamine (MDP)와 benzene 1,3,5-tricarboxylic acid chloride (TMC) 단량체로 구성되어 있다.
막 모델은 TIP3P water model을 사용하였고, force filed는 generalized AMBER force field (GAFF)로 CHARMM을 통해 계산하였다. 막 합성은 다음과 같은 총 4단계로 수행된다.
- Stage 0 : 250 개의 TMC 및 MPD는 목표 밀도의 2배로 무작위적으로 위치 선정한 후, 0.5 ?씩 길이를 줄여가면서 Energy minimization을 수행한다. 목표 밀도인 48.7 ?에 도달할 때 까지 1,000 step의 MD를 수행한다.
- Stage 1 : Energy minimization을 한번 더 수행하고, 분자간 거리를 바탕으로 새로 생성되는 amide bond로 범위를 재조정한다. 중합 변화율이 0에 가까워 질 때까지 수행한다.
- Stage 2 : 가까운 amine과 acyl chloride 그룹의 분자간 포텐셜을 계산한다.
- Stage 3 : free acyl chloride 단량체는 가장 가까운 acyl과 amine 그룹 옆으로 이동하고, 포텐셜 에너지 함수에 따라 bond formation 시뮬레이션을 수행한다. 결합하지 못한 단량체는 제거한다.
압력차이를 이용하여 membrane water flux를 계산하여 water permeability를 도출하였다. MDS를 통해 계산된 water permeability는 문헌상 실험값과 같은 차수의 결과를 얻었다.
4. Originality & Application
본 연구는 분자 수준에서의 PA-TFC RO 막을 MDS를 사용해 합성하고, 실험 값과 비교하여 그 성능을 검증하였다. 연구결과를 바탕으로 다른 상용막에 대해서도 MDS를 통한 합성 및 성능 비교가 가능할 것으로 보이고, 이를 통해 효율적인 막 구조 개발 및 성능에 대한 검증이 가능할 것으로 보인다.
5. Reviewer contact : 김영미 (youngmikim@gist.ac.kr)