شبیه‌سازی دینامیک مولکولی اثر افزودن اسیدهای کلوخه‌ساز بر عملکرد جداسازی مس در غشاهای پلیمری بر پایه پلی‌اکریلونیتریل

در این پژوهش، اثر افزودن اسیدهای کلوخه‌ساز بر رفتار یون‌های مس در سطح غشاهای پلیمری بر پایه پلی‌اکریلونیتریل (pan) به‌کمک شبیه‌سازی دینامیک مولکولی مورد بررسی قرار گرفته است. شبیه‌سازی‌ها با استفاده از نرم‌افزار biovia materials studio 2023 انجام شد. میدان‌نیروی compass iii به‌منظور توصیف دقیق برهم‌کنش‌های میان تمامی اجزا شامل پلیمر pan، آب، یون‌های cu²⁺ و مولکول‌های اسید سیتریک و تارتاریک به‌کار گرفته شد. هندسه شبیه‌سازی به‌صورت ساختار یک طرفی (oneside-slab) طراحی شد که غشای pan در تماس با مخلوط آبی یون‌ها و لیگاندها قرار گرفت تا امکان تحلیل مناسب جذب سطحی و توزیع غلظتی فراهم شود. برای تعیین تغییرات ساختار موضعی یون‌های مس، تابع توزیع شعاعی (rdf) محاسبه شد که بیانگر افزایش نزدیکی cu²⁺ به گروه‌های عاملی پلیمر پس از افزودن لیگاندهای کلوخه‌کننده بود. همچنین تحلیل پروفایل غلظتی در راستای z نشان داد که تجمع یون‌های مس در سطح غشا به‌طور محسوسی افزایش یافته و تمایل جذب به pan تقویت می‌شود. علاوه‌براین، محاسبات میانگین جابه‌جایی مربع (msd) و ضریب نفوذ نشان داد که افزودنی‌های کلوخه‌ساز موجب کاهش تحرک یونی و افزایش چسبندگی در نزدیکی غشا می‌گردند. نتایج این مطالعه نشان می‌دهد اسیدهای سیتریک و تارتاریک با افزایش برهم‌کنش یونی–پلیمری و کاهش نفوذپذیری یون‌های مس، می‌توانند عملکرد جداسازی و حذف یون‌های سنگین را در غشاهای pan به‌طور موثری ارتقا دهند.

molecular dynamics simulation of the effect of agglomerating acids on copper separation performance in polyacrylonitrile-based polymeric membranes

in this study, the effect of adding complexing acids on the behavior of copper ions at the surface ofpolyacrylonitrile (pan)-based polymeric membranes was investigated using molecular dynamics(md) simulation. all simulations were carried out in biovia materials studio 2023. thecompass iii force field was employed to accurately describe the interactions among allcomponents, including pan polymer chains, water molecules, cu²⁺ ions, and citric and tartaricacids. a one-sided slab configuration was constructed in which the pan membrane was placed indirect contact with the aqueous solution of ions and ligands, enabling proper evaluation of surfaceadsorption and concentration distribution. to elucidate the structural evolution of copper ions,radial distribution function (rdf) analyses were performed, indicating enhanced proximity of cu²⁺ions to the functional groups of pans after introducing complex-forming ligands. moreover,concentration profile analysis along the z-direction revealed a more pronounced accumulation ofcopper ions at the membrane interface, confirming their stronger adsorption tendency onto the pansurface. additionally, mean square displacement (msd) calculations and diffusion coefficientmeasurements demonstrated that the inclusion of the complexing agents led to a reduction in ionicmobility and increased adhesion near the membrane surface.overall, the results indicate that citric and tartaric acids significantly improve copper separationperformance in pan membranes by enhancing ion–polymer interactions and decreasing thediffusivity of cu²⁺ ions toward the permeate side.