A molecular dynamics study on adsorption mechanisms of polar, cationic, and anionic polymers on montmorillonite

阳离子聚合 吸附 聚合物 水溶液 蒙脱石 化学 高分子化学 化学工程 解吸 范德瓦尔斯力 丙烯酸 聚合物吸附 共聚物 有机化学 分子 工程类
作者
Yuanzhi Qu,Ling Lin,Shifeng Gao,Yukun Yang,Hongjun Huang,Xin Li,Han Ren,Wenjia Luo
出处
期刊:RSC Advances [Royal Society of Chemistry]
卷期号:13 (3): 2010-2023 被引量:7
标识
DOI:10.1039/d2ra07341b
摘要

Adsorption of polymers on clay in aqueous solutions has wide applications in environmental, medical, and energy-related areas, but the interactions between polymers and clay under varied conditions are still not fully understood. In this study, we investigated the adsorption mechanisms of four polymers belonging to different categories, namely anionic poly(acrylic acid) (poly-AA), cationic poly(diallyldimethylammonium chloride) (poly-DADMAC), nonionic polyacrylamide (poly-AM), and the copolymer of AA and DADMAC (poly-AADADMAC). By using molecular dynamics simulations, we compared the desorption kinetics of these polymers at different temperatures and found that poly-AA and poly-AM have the weakest and strongest adsorption abilities, respectively. Polymer adsorptions are slightly more stable at higher pressures, and high salinity favors the adsorption of charged polymers. Further analysis suggests that the adsorption of anionic poly-AA is less stable than that of cationic poly-DADMAC because the latter is attracted to the negatively charged surface by direct coulombic forces, and poly-AM is stabilized by van der Waals forces and hydrogen bonds. This study provides insights on how to enhance the adsorption affinity of polymers on a clay surface and may help the design or improvement of polymer/clay nanocomposite materials.

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