用分子动力学模拟天然气水合物的抑制效应

用分子动力学模拟方法确定了结构H型(SH)天然气水合物的稳定晶体生长面为(001), 系统研究了277 K时三种动力学抑制剂对此晶面的影响. 模拟显示抑制剂中的氧与表面水分子形成氢键, 从而破坏原有的稳定结构, 造成水合物笼型结构坍塌, 达到抑制水合物形成的效果. 比较三种不同动力学抑制剂对SH的抑制效果得出: PVCap＞PEO＞PVP. 在此基础上研究了PVCap对天然气水合物结构I型(SI), 结构II型(SII)和SH三种不同晶型的抑制效应. 模拟发现抑制效果的次序为: SH＞SI＞SII.     

天然气水合物研究进展

本文介绍了天然气水合物研究的历史和现状, 天然气水合物的结构, 它在冻土地带和海洋底部地表层的形成过程, 它对石油天然气工业的影响以及抑制生成天然气水合物的方法。介绍了天然气水合物作为潜在能源的巨大优势以及它对地球气候变化--温室效应的潜在危险性。     

合成天然气水合物实验研究

天然气水合物(NGH)是天然气与水在低温高压条件下形成的笼形物,亦称可燃冰.在冻土带和海洋中已发现大量天然气水合物,是清洁燃料的后续天然资源,但开采技术尚不成熟.由于1m~3天然气水合物在常温下可释放约164m~3的天然气和0.8m~3的水,因此合成天然气水合物,可实现天然气的固态运输,更便于在天然气汽车上的储存.本文介绍天然气水合物的基本性质及其人工合成研究取得的进展.     

天然气水合物的导热系数

分析介绍了关于水合物导热系数类玻璃体变化规律的三种模型及其相关测试手段、样品制备方法和测试结果。针对物性和测试手段的特点，笔者指出在制备测试样品的时候就要注意其生成品质。最后对比了国外相关实验结果和本实验室对制冷剂水合物的测量结果。     

天然气水合物分解热的确定

利用可视化高压流体测试系统研究了6个体系（甲烷、合成天然气、甲烷－环己烷、甲烷－环戊烷、甲烷－甲基环己烷（MCH）、合成天然气－甲基环己烷）水合物的形成条件，根据水合物相平衡数据应用Clausius-Clapeyron方程计算了Ⅰ型、Ⅱ型和H型水合物的分解热，结果表明水合物分解热与填充水合物晶格的气体分子直径有关。     

含低剂量抑制剂体系气体水合物生成动力学

水合物管道堵塞是油气工业安全生产的重要问题之一, 目前低剂量抑制剂以其经济性、环境友好性等优点, 逐步取代传统抑制剂. 文中在8.5 MPa、4 ℃条件下, 1.072 L反应釜内, 采用甲烷、乙烷和丙烷混和气, 研究了含低剂量抑制剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和GHI1的水合物生成体系反应过程, 计算分析了压缩因子和自由气量随反应时间的变化, 对比了在相同反应程度下添加PVP和GHI1后水合物含气量的区别, 探讨了GHI1组合抑制剂的抑制机理. 实验结果表明PVP和GHI1能抑制水合物生长, 不能有效抑制水合物成核; 添加PVP的体系, 在实验气体组成下, 甲烷乙烷进入水合物小晶穴, 并且甲烷优先进入小晶穴; GHI1对丙烷乙烷的抑制能力强于甲烷; 对比GHI1和PVP的反应过程, 认为协同剂二乙二醇丁醚的羟基和醚类结构加强反应体系中的氢键, 和PVP结合使用, 通过氢键和空阻达到抑制效果.     

天然气水合物形成的检测

研制的静态水合物试验装置采用可视观察的方法，可以快速确定天然气水合物的形成条件。动态天然气水合物试验装置在利用直接观测来判断水合物形成点的同时，通过监测装置转轮的扭距、试验介质的温度、压力、流速变化，综合判断天然气水合物的形成，此装置可以很好地模拟现场实际的天然气管输工况，实验结果与理论值及实际值差别较小。     

超声波作用下天然气水合物的形成

实验搭建了一套高压条件下超声波作用于天然气水合物反应的装置系统，该系统中超声波的频率为20kHz，功率为0-150W可调。利用该装置研究了超声波对天然气水合物生成过程和引导时间的影响。实验发现声场中生成特征曲线诸如温度、压力、流量等随着时间的推迟与静态反应时不同，反应引导时间约缩短至静态时的1／6，分解后重新反应引导时间甚至缩短至静态的1／10。水合物成核速率提高是由于超声波提高了传质系数、成核点浓度和过饱和度，而降低了界面能。     

基于量子化学计算方法的天然气水合物稳定性研究进展

天然气水合物以资源丰富、优质、洁净等特点,被视为21世纪新能源。天然气水合物稳定性的研究对天然气水合物资源勘探开发具有重要意义。本文简述了微观、介观、宏观、矿藏四个尺度天然气水合物稳定性的研究,重点从微观量子尺度介绍了量子化学计算方法对水合物晶体结构及其稳定性以及水合物宏观物理特性微观表征的计算研究。应用量子化学计算方法可以对天然气水合物的晶体结构、电子轨道分布、振动光谱、成键特性及主客体相互作用进行计算研究,其结果能够为天然气水合物在油气储运、水合物成藏、开采及其综合利用等方面的研究提供理论支持。目前,量子化学计算方法的优化与分子动力学模拟、分子力学模拟等方法的结合将有助于水合物形成和分解微观机理研究的发展,提升计算精度和扩大研究体系,为矿场尺度的天然气水合物资源开采利用提供理论支持。     

天然气水合物抑制剂的分子动力学研究进展

大力开发深海天然气资源是发展清洁能源的一种重要手段,但是天然气水合物的形成会给开采作业带来严重的挑战,水合物动力学抑制剂是一类可以解决深海开采技术问题的高分子化合物。分子动力学(MD)模拟对于研究水合物抑制剂具有很好的理论指导作用,文中综述了近年来利用MD评判抑制剂性能,分析可能发生的抑制方式和机理,研究影响抑制剂效果的因素及开发新型抑制剂的方法,并对今后MD模拟在天然气水合物抑制剂领域的发展方向进行展望。     

外敷用高分子材料研究进展

皮肤受损后需要立即使用外敷材料,从而加速止血、保护创面、防止细菌感染,并促进创面愈合。本文在介绍伤口的分类和敷料的选择的基础上,就典型的敷料制备、干燥和成型技术,以及目前常见的外敷材料药物负载方法进行了概述。其次,重点阐述了天然高分子和合成高分子外敷材料的最新研究进展。其中天然高分子因其生物相容性好、生物可降解等特点,常用于治疗烧伤、创伤引起的皮肤和组织缺损。而合成高分子优点为:具有很长的保质期、较强的机械性能和较低的炎症反应,几乎没有携带病菌并传播的风险。目前,改性天然高分子、合成高分子及其复合材料已经在生物医药、材料学领域受到越来越多的关注。纳米技术和药物控释技术的发展,将会大大推动外敷材料的研究开发并拓宽其应用领域。     

高分子药物学的研究进展与期盼

自从20世纪70年代提出高分子前药的概念以来,伴随着纳米技术的发展,"高分子药物学"作为高分子科学和材料学、纳米科学、药物学、临床医学、分析科学的交叉学科,正在悄然形成.本文综述了近年高分子药物在药物化学、制剂学、药效学等方面所取得的进展,概述了高分子药物的药理学和药代动力学与小分子药物的区别与联系,指出了高分子药物药效学、药理学和药代动力学研究中的难题和瓶颈,特别是高分子药物可能存在的"三种状态"及从"纳米颗粒药"到"单个高分子药"再到"小分子药"的转变,分析了高分子药输送过程中存在的多重屏障如毛细血管壁、细胞外基质和细胞壁等,阐述了高分子药物的"生理靶向"和"EPR"效应的竞争,指出了高分子药在靶向输送和逆转耐药方面的优势,强调了发展相关分析方法的必要性,期盼高分子科学家与药物学家进行真诚有效的合作,大力促进我国高分子药物学和高分子药物产业的创新和发展.     

天然高分子外敷材料研究进展

外敷材料能在皮肤受损后起到保护创面、控制感染、促进愈合的作用。本文首先介绍了外敷材料的选择依据与分类。然后,从结构特点与应用角度出发,阐述了天然高分子外敷材料的最新研究进展。可用作外敷材料的多糖包括纤维素、海藻酸盐、甲壳素与壳聚糖、琼脂糖、果胶与树胶、糖胺聚糖等;蛋白类外敷材料分为植物蛋白和动物蛋白外敷材料。随着高分子合成技术和药物控释技术的发展,将会大大推动外敷材料的研究开发,并拓宽其应用领域。     

高分子玻璃化熵理论研究进展

玻璃化问题的理论描述是凝聚态物理中的重要基础科学研究课题.高分子是研究玻璃化的典型模型体系,其独有的分子特征为发展有效、普适的玻璃化理论提供了新的机遇.构型熵是发展玻璃化理论的一个核心物理量.基于构型熵的模型可追溯至近一个世纪前观察到的熵与动力学关联的实验现象,并且近年来该理论的发展进入了一个新的阶段,特别是在高分子玻璃化的研究中.本文首先对玻璃化经典熵理论的发展进行了回顾,并介绍了高分子玻璃化熵理论的基本框架.之后,从分子细节影响高分子玻璃化的物理机制、热力学标度与活化体积的理论描述和高分子过冷液体的热力学-动力学关系三个方面阐述了本课题组近年来基于高分子玻璃化熵理论的研究进展,重点强调了该理论在理解高分子玻璃化关键问题中的价值和优势.最后,探讨了高分子玻璃化熵理论进一步发展面临的问题与挑战,并且对玻璃化理论研究的未来发展方向进行了展望.     

药用高分子材料亲水性修饰的研究进展

高分子材料在药物制剂和制药工艺上具有广泛的应用价值。新型制剂的研发与药用高分子材料的性能密切相关,特别是高分子胶束等两亲性高分子材料的使用尤为广泛,也是高分子材料当今研究的热点。本文着重对常见药用高分子材料亲水性修饰的亲水片段进行了概括总结。根据亲水片段的大小,分为小分子修饰、水溶性聚合物修饰以及水溶性高分子修饰三个部分,对药用高分子材料亲水修饰的修饰剂和修饰产物的性质特点、修饰方法以及其中的优势和不足尽可能的进行了综述,并对此进行了讨论和展望,以期能够给同行们提供参考并共讨论。     

生物高分子静电纺丝研究进展

静电纺丝(电纺)技术是一种制备直径为数十纳米到数微米的纳米纤维的有效方法。由于生物高分子具有良好的生物相容性,近年来国内外对生物高分子的电纺制备进行了大量研究。这种生物高分子纳米纤维在组织工程支架、组织修复等方面有独特的优势。本文对生物高分子——多糖、蛋白质、核酸(DNA)的静电纺丝研究进行了总结。     

天然气水合物降压分解微观实验设计*

为了解决天然气水合物降压分解过程中孔隙尺度精细描述的难题,开展了天然气水合物微观可视模型实验设计。实验装置设计从具备可视功能、实时监测功能、数据处理功能和临界状态判断功能入手,开展了设备初始化调试、生成与分解模拟和产气效率分析等共3个层次实验内容。实验结果表明,学生不但能够定性描述水合物微观孔隙水合物生成与分解过程,而且实现了定量计算不同时刻水合物产气效率,这为学生对水合物微观生成与降压分解规律的理解奠定了基础。实验加深了学生对海洋油气工程专业知识的理解,提升了学生解决复杂工程问题的实践能力。     

气体水合物膜生长动力学研究进展

由于大多数水合物客体不溶于水,水相与客体相界面首先形成一层气体水合物膜,气体水合物膜生长是水合物生长的主要形式,研究水合物膜生长规律对于理解水合物生长动力学及进一步开发促进和抑制水合物生长的应用技术具有重要意义.本文综述了近年来气体水合物膜生长形态、横向生长和增厚生长的理论和实验研究进展.首先介绍了不同客体-水体系(包括气/液界面、液/液界面和气-液-液体系)形成的水合物膜生长形态随实验条件的变化规律,然后分别从横向生长和增厚生长两方面总结了水合物膜生长的实验和模型方面的研究工作,阐述了常见的膜生长速率和膜厚度的测量方法,分析了水合物膜生长的传热和传质机理.同时展望了未来水合物膜生长研究的发展方向.     

水溶性高分子聚集行为荧光非辐射能量转移研究进展

评述了近几年荧光非辐射能量转移有疏水改性聚电解质的疏水聚集、高分子水溶液相变伴随的分子链塌陷、水溶性高分子与表面活性剂的相互作用等研究中的新进展,阐明了非辐射能量转移技术在水溶性高分子研究中的重要作用。     

FID/TCD并联气相色谱法测定天然气水合物的气体组成

建立了一种氢火焰离子化检测器（FID）与热导检测器（TCD）并联检测的气相色谱分析技术。该方法一次进样,即可实现天然气水合物中C1~C6、CO2、H2S、O2+N2 16种气体成分的同时测定。实验优化了色谱柱、升温程序、柱流速、进样口温度、检测器温度、TCD参考气和尾吹气流速等仪器分析参数。在优化条件下,16种气体分子在实验浓度范围内线性关系良好,r2为0.999 03~0.999 98,方法检出限为0.000 3~0.046 mol/mol,相对标准偏差（n=6）为1.6%~5.0%。对祁连山冻土区、南海神狐海域、人工合成水合物样品的分析表明,该方法简便实用、灵敏可靠,可满足天然气水合物气体组成的分析要求。