十二烷基苯磺酸钠在SiO2表面聚集的分子动力学模拟

采用分子动力学方法研究了阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)在无定形SiO2固体表面的吸附. 设置不同的水层厚度, 观察固液界面和气液界面吸附的差异. 模拟发现表面活性剂分子能够在短时间内吸附到SiO2表面, 受碳链和固体表面之间相互作用的影响形成表面活性剂分子层, 并依据吸附量的大小形成不同的聚集结构; 在水层足够厚的情况下, 由于有较多的表面活性剂分子吸附在固体表面,从而形成带有疏水核心的半胶束结构; 计算得到的成对势表明极性头与钠离子或水分子之间的结合或解离与二者之间的能垒有关, 解离能垒远大于结合能垒, 引起更多Na+聚集在极性头周围而只有少数Na+存在于溶液中; 无论气液还是固液界面, 极性头均伸向水相, 与水分子形成不同类型的氢键. 模拟表明, 分子动力学方法可以作为实验的一种补充, 为实验提供必要的微观结构信息.     

钙离子对表面活性剂单层膜聚集结构的影响

采用分子动力学模拟研究了气液界面上钙离子对阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠单层膜聚集结构的影响.结果表明,单层膜结构与表面覆盖度及Ca2＋离子存在与否均有关系.Ca2＋离子能够压缩表面活性剂极性头使聚集结构排列更加紧密,均力势体现了Ca2＋离子与极性头之间的结合能力强弱,二者之间的相互作用与稳定的溶剂分离极小值有关,而Ca2＋离子需要克服一个溶剂能障才能与之发生相互作用,并引起极性头周围水分子结构的重排.模拟表明,分子动力学方法可以在分子水平上研究无机盐离子对表面活性剂单层膜水化结构的影响,解释无机盐离子在界面膜中的动力学行为.     

抗衡离子对硫酸盐表面活性剂气/液界面性质影响的分子动力学模拟

采用全原子分子动力学方法研究了抗衡离子为第一主族离子(Li⁺、Na⁺、K⁺、Rb⁺和Cs⁺)的十二烷基硫酸盐表面活性剂的气/液界面性质. 通过分析体系中各组分的密度分布曲线, 考察表面活性剂单分子层在界面的聚集形态, 并利用径向分布函数分析了表面活性剂极性头基与抗衡离子间的相互作用. 研究结果表明: 随着抗衡离子半径的增大, 不同体系的界面水层厚度依次增加, 表面活性剂极性头基与抗衡离子形成的Stern和扩散层厚度也相应增加. 但表面活性剂吸附层的抗衡离子缔合度以及体系表面张力却随抗衡离子半径的增大而减小. 研究表明抗衡离子的差异对十二烷基硫酸盐表面活性剂气/液界面性质有很大影响.     

阴离子Gemini表面活性剂在油/水界面行为的分子动力学模拟

采用分子动力学方法研究了磺酸盐型阴离子Gemini表面活性剂在油/水界面的吸附行为, 考察了不同长度的连接基(Spacer)对表面活性剂在界面的聚集形态及界面性质的影响. 密度分布和微观结构信息显示, Gemini表面活性剂能在油/水界面形成单层膜结构. Gemini表面活性剂能使油/水界面的厚度显著增大, 并使界面形成能降低. 当连接基为6个碳时, 此类磺酸盐型Gemini表面活性剂的界面厚度最大, 形成的界面最稳定. 连接基长度对Gemini表面活性剂单层膜周围的水分子和Na⁺的吸附结构影响不大, 但是能影响水分子的扩散行为.     

钙离子对4-(5'-十六烷基)苯磺酸钠在气/液表面聚集行为的影响

采用全原子分子动力学模拟方法研究了4-(5'-十六烷基)苯磺酸钠(5C16)在气/液表面的聚集行为,并考察了CaCl2对5C16表面聚集行为的影响.模拟结果表明,在气/液表面聚集结构中Ca2+会取代部分Na+与极性头结合,同时5C16分子的两支链会形成差距30°的两个角度分布,而CaCl2存在时,受静电势的影响聚集结构...     

双链阴离子表面活性剂1-烷基-癸基磺酸钠在气/液界面聚集行为:分子动力学模拟研究

采用分子动力学模拟方法研究了双链阴离子表面活性剂1-烷基-癸基磺酸钠(1-C_m-C_9-SO_3Na)在气/液界面的聚集行为。通过分析体系中各组分的密度分布和径向分布函数,考察了m大小对其界面性质的影响。结果表明:随着m的增大,表面活性剂的疏水性增强,疏水碳链的倾斜角也随之降低;m=4时,1-C_4-C_9-SO_3Na分子采用平躺的方式在界面上聚集,S-Na~+和S-S的相互作用最大,极性头基的水化能力最弱。通过模拟和实验对比得出,m增加到4个时,对该类双链阴离子表面活性剂性能的提高最显著。     

气液界面上阴离子表面活性剂单层膜的分子动力学模拟

用分子动力学方法研究了阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)在气液界面上的结构和动力学性质. 选择单分子占有面积分别为0.45和0.68 nm²的两个模拟体系, 通过径向分布函数表征了单层膜的厚度, 并根据疏水链中碳原子与极性头中硫原子之间组成的矢量分布和取向函数, 对比了不同界面单层膜的有序排列情况. 结果表明在分子占有面积较小达到饱和吸附的情况下, 界面上的SDS具有较好的有序性. 通过计算气液界面附近水分子的扩散系数发现: 由于氢键和静电作用的影响, 界面区域内的水分子较本体溶液中的水分子有较弱的迁移能力.     

分子动力学模拟在三次采油中的应用

采用分子动力学模拟在微观尺度上解释三次采油领域的相关实验现象和过程机制,对后续提高原油采收率的现场应用有着重要的理论指导意义.本文综述了本课题组近年来利用分子动力学模拟针对三次采油中若干基本科学问题的研究,模拟表明表面活性剂的耐盐能力主要由极性头周围极化出的水化层的性质决定;泡沫的稳定性直接取决于假乳液膜和油桥结构的稳定性,两者分别受表面活性剂亲水基与水分子之间的结合能力以及疏水基与油相间的相互作用强弱影响;水通道的形成是影响固体表面的润湿翻转的重要因素;凝胶颗粒在纳米孔内的运移受孔径、表面结构等多种因素影响;稠油的高黏度主要来源于沥青质和胶质的堆积形成的网状结构,不同类型表面活性剂通过影响内部和界面结构起到降黏效果.同时应当指出,模拟结果受制于分子动力学方法中模型大小和模拟时间、力场的精确性等因素的影响,仍然需要结合实验方法进一步证实.     

“拟双子”阴离子表面活性剂在癸烷/水界面的分子动力学模拟

采用全原子分子动力学模拟方法研究了壬基酚取代的系列烷基磺酸盐表面活性剂在癸烷/水界面的微观聚集行为,通过分析界面厚度、界面生成能和界面张力以及表面活性剂分子与水分子之间的径向分布函数和配位数,讨论了不同磺烷基链长度对壬基酚基取代烷基磺酸盐表面活性剂界面性质的影响.结果表明,磺烷基链长为12时,表面活性剂的界面张力最低,界面厚度和界面生成能最大.     

泡沫液膜的分子动力学模拟及泡沫析液机制的研究

采用分子动力学MD方法模拟表面活性剂稳定的泡沫液膜,通过分析表面活性剂头基与水分子的径向分布函数,分析泡沫液膜中水分子的状态,对结合水、捕获水进行定量;采用电导法测定不同表面活性剂稳定的泡沫的析液曲线,结合分子模拟结果,分析泡沫析液的微观机制,建立泡沫析液量随时间变化的物理模型,给出了模型参数的物理意义.