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.     

系列烷基苯磺酸盐对烷烃的动态界面张力研究

从表面活性剂分子量、表面活性剂浓度、电解质浓度、烷烃碳数等方面考察了系列烷基苯磺酸盐异构体纯化合物的油水动态界面张力行为.研究表明,表面活性剂分子量增大和电解质浓度增加使界面张力动态变化减慢,达到平衡所需时间延长;表面活性剂浓度增加和烷烃碳数增加使界面张力动态变化加快,达到平衡所需时间减少.     

高盐油藏下两性/阴离子表面活性剂协同获得油水超低界面张力

研究了在高盐油藏中, 利用两性/阴离子表面活性剂的协同效应获得油水超低界面张力的方法. 两性表面活性剂十六烷基磺基甜菜碱与高盐矿化水具有很好的相容性, 但在表面活性剂浓度为0.07%-0.39%(质量分数)范围内仅能使油水界面张力达到10^-2 mN·m^-1量级, 加入阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠后则可与原油达到超低界面张力. 通过探讨表面活性剂总浓度、金属离子浓度、复配比例对油水动态界面张力的影响, 发现两性/阴离子表面活性剂混合体系可以在高矿化度、低浓度和0.04%-0.37%的宽浓度范围下获得10^-5 mN·m^-1量级的超低界面张力, 并分析了两性/阴离子表面活性剂间协同获得超低界面张力的机制.     

ω-(2＇-甲基二氯硅乙基)—3-氧杂多氟烷基磺酰氟和ω-(2＇-甲基二甲氧基硅乙基)-3-氧杂多氟烷基磺酰氟的合成与聚合

长链含氟烷基磺酸盐作为表面活性剂已有不少报道,ω-三甲基硅取代的烷基磺酸盐作为表面活性剂也已有报道.本文报遭新的氟硅磺酸衍生物4,5,该类化合物可以水解聚合成以有机硅为主链的含氟聚磺酸盐表面活性剂,也可以和含羟基的载体如玻璃粉等化学键合而附着在载体上,然后水解磺酰氟基团成磺酸或磺酸盐.该类表面活性剂具有较好的溶解度和低表面张力. 我们以ω-碘-3-氧杂全氟烷基磺酰氟(1)为原料,与乙烯加成得化合物2,将2用三乙胺脱碘化氢得到ω-乙烯基-3-氧杂多氟烷基磺酰氟(3),3与甲基二氯硅烷经铂氯酸催化加成得到ω-(2′-甲基二氯硅乙基)-3-氧杂多氟烷基磺酰氟(4),4与甲醇、吡啶反应得化合物5,反应过程如下:     

系列烷基苯磺酸盐对烷烃的动态界面性能研究

从表面活性剂分子量、表面活性剂浓度、电解质浓度、 烷烃碳数等方面考察了系列烷基苯磺酸盐异构体纯化合物的油水动态界面张力行为。研究表明,表面活性剂分子量越大和电解质浓度增加使界面张力动态变化越慢,达到平衡所需时间越长;表面活性剂浓度增加和烷烃碳数增加使界面张力动态变化加快,达到平衡所需时间减少。     

重烷基苯磺酸盐的界面性质和驱油机理

重烷基苯磺酸盐是在三次采油中广泛采用的表面活性剂之一，但重烷基苯原料组成复杂导致最终磺化产物的驱油效果差异很大.实验通过柱层析的方法将重烷基苯分离成6个族组分，并对其中的二烷基苯、单烷基苯和二烷基茚萘满、烷基萘、多苯烷进行磺化，中和提纯后对各磺酸盐进行界面张力测定.通过对比不同矿化度下界面张力以及各组分复配后的界面张力，对原油等效烷烃数(EACN)以及各组分碳数最低值(nmin)测定，得出各组分之间协同效应的规律和复配机理，从而阐明了重烷基苯磺酸盐的驱油机理.通过研究十二烷基苯磺酸钠(LAS)与各组分之间的复配作用对上述规律和机理进行了进一步验证.     

分子模拟方法考察泡沫生成能力

采用分子模拟的方法研究表面活性剂的泡沫生成能力, 以界面形成能作为考察泡沫体系中液膜界面积的量化依据, 研究了泡沫液膜厚度、表面活性剂分子界面密度以及表面活性剂类型对泡沫液膜界面形成能计算的影响. 通过与实验结果相对应, 建立了界面形成能和泡沫生成能力之间的联系.     

苄基取代甜菜碱对聚四氟乙烯表面润湿性的影响

利用座滴法研究了两性离子表面活性剂苄基取代烷基羧基甜菜碱(BCB)和苄基取代烷基磺基甜菜碱(BSB)在聚四氟乙烯(PTFE)表面上的润湿性质,考察了表面活性剂浓度对接触角的影响趋势,并讨论了粘附张力、固-液界面张力和粘附功的变化规律.研究发现,在低浓度时,表面活性剂通过疏水作用吸附到PTFE表面,疏水链苄基取代支链化使其在固-液界面上的吸附明显低于气-液界面,接触角在很大的范围内保持不变.当体相浓度增加到大于临界胶束浓度(cmc)时, BCB和BSB分子在固-液界面上继续吸附,分子逐渐直立,造成PTFE-液体之间的界面张力(γ_SL)进一步降低,表面亲水性增加,接触角随浓度增加明显降低;另一方面, BSB由于具有较大的极性头,在高浓度时空间阻碍作用明显,导致其对PTFE表面润湿性改变程度小于BCB.     

羟基取代的烷基苯磺酸盐在水/气和水/癸烷界面的结构特点（摘要）

驱油表面活性剂的分子设计是一项重要的研究课题.设计新型高效的驱油表面活性剂关键的问题在于如何洞察表面活性剂的结构和功能的关系.长线性烷基苯磺酸盐是一类非常流行的表面活性剂,广泛应用于工业和日常生活中.关于烷基苯磺酸盐的结构和功能研究已有大量的实验和理论工作报道.近来,结合分子设计的思想,实验上合成了新型的羟基取代的烷基苯磺酸盐表面活性剂,并研究了这类新型表面活性剂动态的界面行为.我们从理论上利用分子动力学模拟的方法研究了羟基取代的烷基苯磺酸盐单分子层在水/气和水/癸烷界面的结构特点.从液体密度剖面图、氢键、表面活性剂聚集结构和有序参数等方面,详细报道了2-羟基-3-癸基-5-辛基苯磺酸钠这种新型阴离子表面活性剂的界面特征.模拟结果表明随着表面活性剂分子数目的增加,每个表面活性剂在单分子层上形成分子内氢键的平均数目将下降,但形成分子内氢键的结构仍处于主导地位;烷基尾链的疏水部分,尤其是苯环3号位上取代的癸基随着表面活性剂覆盖度增大,向界面外延伸并且更加有序;二维径向分布函数描绘了表面活性剂聚集结构的特点并暗示了癸烷相将影响表面活性剂疏水部分的取向;表面活性剂分子容易形成长程氢键结构.我们的模拟结果是对实验研究的一个重要补充.此外,模拟中我们利用gromacs和ffamber程序,使用了全原子模型,这将为模拟烷基苯磺酸盐表面活性剂的界面行为提供新的方案.     

多元体系油水界面上常见表面活性剂行为的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟研究了以十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为代表的阴离子型表面活性剂,以十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)为代表的阳离子型表面活性剂,以壬基酚聚氧乙烯醚(NPE)为代表的非离子型表面活性剂,以十二烷基二甲基甜菜碱(Betaine)为代表的两性表面活性剂及空白实验.模拟了表面活性剂在油水界面上的行为,考察了表面活性剂分子与石油分子之间的径向分布函数(RDF)、石油分子在竖直方向的均方位移(MSD)、油水界面张力(IFT)、石油层与岩石层之间的相互作用能、石油层的相对浓度在竖直方向的分布及石油分子质心位置随模拟时间的变化关系等,讨论了不同表面活性剂的洗油性能.结果表明:(1)SDBS,NPE和Betaine分子初始状态下呈近似的规律排列,非极性端部分插入油相中,极性端延伸进入水相中;随后表面活性剂的极性端表现出聚集趋势,逐渐形成一个外部亲油内部亲水的一个胶束状粒子,粒子随模拟的进行逐渐融入到油层当中;DTAB从开始的近似规则排列逐渐变为无规排列,但是始终保持亲油端插入到油相中,亲水端位于油水界面上.(2)表面活性剂分子与石油分子之间的相互作用强弱顺序为Betaine≈DTABSDBSNPE.(3)由质心高度和动力过程中的图像截图分析,表面活性剂洗油效果的顺序为BetaineSDBSNPEDTABNone.模拟结果与实际的驱油结果一致,从分子层面上解释了不同表面活性剂洗油的规律.     

不同结构三取代烷基苯磺酸钠表、界面的扩张性质

利用悬挂滴方法研究了两种同分异构体的表面活性剂2-丙基-4,5-二己基苯磺酸钠(366)和2,5-二丙基-4-壬基苯磺酸钠(393)在空气/水表面和癸烷/水界面上的扩张流变性质, 考察了不同表面活性剂浓度下366和393溶液表、界面扩张性质的异同. 实验结果表明, 磺酸根间位的长链烷基对表面扩张模量贡献较大, 表面活性剂分子大小对界面扩张模量影响较大.     

支化十六烷基甲苯磺酸钠的油水界面张力

研究了自制的3种十六烷基甲苯磺酸钠,在正构烷烃/水体系的界面性能. 分别考察了磺酸盐脂肪链支化程度及浓度等以及外加助剂脂肪醇类型和无机盐浓度对磺酸盐最小烷烃碳数nmin和界面张力值的影响. 结果表明,磺酸盐支化程度增加,其nmin变大,最低界面张力值变小;随着磺酸盐浓度的增加,界面张力值先下降后上升;随着助剂脂肪醇碳链长度的增加,其nmin逐渐变大;无机盐的影响则表现为随着盐浓度的增加界面张力值先下降后上升,超低界面张力值出现在一个适宜的盐浓度范围内.     

CMC系列高分子表面活性剂与原油超低界面张力形成机理的研究

采用动态激光光散射及环境扫描电镜研究了羧甲基纤维素系列高分子表面活性剂与大庆原油形成超低界面张力的机理.结果表明,CMC系列高分子表面活性剂具有与低分子量表面活性剂相比拟的表/界面活性,其水溶液的表面张力可达2835mN/m,界面张力达到10^-110mN/m.碱的加入可显著降低高分子表面活性剂与原油的界面张力,在适当条件下界面张力达到超低值(10^-3mN/m),可望作为三次采油的驱油剂.等效烷烃模型研究表明,用碱与原油酸性组分的作用来解释碱能使界面张力下降至超低值的传统观点是不完善的,加入碱能使高分子表面活性剂胶束解缔,胶束数量增多,胶束粒径减小,单分子自由链增加,有利于高分子表面活性剂向界面迁移和排布,这是高分子表面活性剂和碱复配体系与原油界面张力下降至超低值的主要原因.     

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.     

Triton X-100/甲苯/水三元体系界面张力的耗散颗粒动力学模拟

采用耗散颗粒动力学方法在介观层次上模拟了非离子表面活性剂Triton X-100 在油/水界面上的分布行为, 并把用于油/水二元体系界面张力的计算方法拓展到含表面活性剂的三元体系. 利用该方法可以得到与实验数值吻合的界面张力数据. 另外, 模拟结果直观展示了表面活性剂界面张力与界面密度的关系, 为表面活性剂复配增效理论提供了依据. 该模拟方法给出的微观信息可以为驱油体系配方筛选和表面活性剂有效应用提供指导.     

烷基苯磺酸盐在油水界面行为的介观模拟

采用耗散颗粒动力学(DPD)方法在介观层次上模拟了表面活性剂烷基苯磺酸盐在油/水界面的排布行为, 考察了分子结构、浓度、盐度、油相等因素对表面活性剂界面密度和界面效率的影响, 并探讨了利用表面活性剂复配协同效应提高界面活性的理论机制. 分子模拟给出的分子水平的微观信息为强化采油技术中配方筛选和表面活性剂的有效应用提供指导.     

正负离子混合表面活性剂双水相界面张力的研究

用旋转滴法测定了正负离子混合表面活性剂形成的双水相界面张力, 研究了双水相界面张力与表面活性剂的分子结构、正负离子表面活性剂的摩尔比、总浓度、外加无机盐及温度的关系. 结果表明, 双水相界面张力在一定正、负离子表面活性剂的摩尔比时属于超低界面张力范围. 观察到三种界面张力曲线类型, 第一类为摩尔比1:1 的两边的两条曲线, 界面张力随过剩表面活性剂组分的比例增加而降低; 第二类为一条跨过摩尔比1:1的马鞍型曲线; 第三类为位于摩尔比1:1的一边的一条马鞍型曲线. 界面张力曲线的类型主要取决于表面活性剂的分子结构, 包括亲水基类型、疏水链长度及对称性.     

疏水缔合聚丙烯酰胺与双子表面活性剂的相互作用

制备了一种脂肪酸酯双磺酸盐型双子表面活性剂, 利用粘度法、界面张力法和原子力显微镜研究了疏水缔合聚丙烯酰胺与双子表面活性剂在溶液中的相互作用. 实验结果表明: 疏水缔合聚丙烯酰胺在溶液中能够通过自组装形成疏水微区并发展成网络结构, 疏水微区与表面活性剂在溶液中能形成混合胶束; 当一定量的表面活性剂加入时, 对疏水缔合聚丙烯酰胺的自组装起促进作用, 而过多双子表面活性剂的加入又会对聚合物分子的自组装起抑制作用, 从而显著影响疏水缔合聚丙烯酰胺的溶液性质, 随着表面活性剂浓度的增加, 聚合物溶液粘度先增加、再降低; 同时, 疏水缔合聚丙烯酰胺对双子表面活性剂的界面性能也有较大影响, 聚合物的加入使双子表面活性剂降低油/水界面张力的能力下降, 油/水界面张力达到平衡所需时间延长.     

阴离子表面活性剂在水/正烷烃界面的分子动力学模拟(英文)

利用分子动力学模拟方法研究了阴离子表面活性剂在水/正烷烃(壬烷,癸烷和十一碳烷)界面的结构和动力学特点.十六烷基苯磺酸钠作为研究对象,其中苯磺酸基团在十六碳烷的第4号碳原子上,记作4-C16.分析了不同油相和特定盐度条件下正烷烃-表面活性剂-水体系的界面特点(如密度剖面图、界面张力和径向分布函数).模拟结果表明平衡模型体系展现了一个很好的水/正烷烃界面.当加氯化钠到水溶液中,正烷烃-表面活性剂-水体系的界面张力有微小的变化,有趣的是表面活性剂二面角的反式结构分数的变化联系着界面张力的微小变化.可见,表面活性剂在界面处的结构对降低界面张力起到重要的作用.此外,还发现表面活性剂的极性头与钠离子和水分子存在较强的相互作用.     

十六烷基甲苯磺酸钠的界面性能研究

用自制的3种十六烷基甲苯磺酸钠,研究了其正构烷烃/水体系的界面性能。分别考察了磺酸盐支化程度及浓度等内部因素以及外加助剂脂肪醇类型和无机盐浓度等外界因素对磺酸盐最小烷烃碳数n_min以及界面张力值的影响。结果表明,磺酸盐支化程度增加,其n_min变大,最低界面张力值变小;而随着磺酸盐浓度的增加,界面张力值先下降后上升;随着助剂脂肪醇碳链长度的增加,其n_min逐渐变大;无机盐的影响则表现为随着盐浓度的增加界面张力值先下降后上升,超低界面张力值出现在一个适宜的盐浓度范围内。