纤维素中水分子扩散行为的分子模拟研究

解紫茹 刘刚 陈姗姗 赵红霞 李梦雪 甘长德

东华大学环境科学与工程学院

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纤维素是天然纤维重要的组成部分，是最丰富、储量最大的可再生资源。同时，由于天然纤维素含有许多亲水的羟基基团，具有显著的吸放湿性能优势，在常温常压下就具有较高的吸放湿速度和较大的蓄湿容量。这种吸附性可开发出对环境湿度具有调节能力的调湿材料，无需浪费能源即可改善环境舒适度。因此，了解纤维素材料的吸附能力与吸湿特性对纤维素材料在暖通领域的开发与应用具有重大积极意义。当前，随着人们环保意识增强，以及对纤维素良好的水蒸气吸附能力的认识，研究人员已经加大了对纤维素材料的研究与开发[1]。

目前纤维的吸湿性研究主要是通过实验手段获取纤维材料的吸湿等温线，以此来描述纤维吸湿和去湿的过程，探讨相关参数改变对材料性能的影响，但缺乏对微观作用机理的分析，难以解释微观作用的机理。分子模拟技术作为理论和实验之外的第三种研究手段，可从分子层面研究实验不能测得的现象及微观物理过程[2]，通过模拟提取出能反映物质变化规律的信息，进而揭示材料的微观结构与其宏观性能之间的关系，帮助研究者更为微观的研究吸附现象和机理，加深对材料的认识[3]。

本文建立无定形纤维素的模型，采用分子动力学手段研究水分子在无定形纤维素内的扩散和吸附行为，研究不同的水分含量对水分子在纤维素内的扩散性质所产生的影响，运用吸湿理论、扩散理论等剖析水在纤维素中的传输机理，为选择和开发性能优良的吸附材料提供思路和指导。……