热力学抑制剂作用下甲烷水合物分解过程的分子动力学模拟

采用正则系综(NVT)分子动力学方法模拟研究277.0 K、11.45 mol·L-1的热力学抑制剂乙二醇(EG)溶液作用下甲烷水合物分解微观过程. 模拟显示甲烷水合物的分解从甲烷水合物固体表面开始, 逐渐向内部推移, 固态水合物在分解过程中逐渐缩小, 直至消失. 固态水合物的分解从晶格扭曲变形开始, 之后笼形框架结构破裂, 最后形成笼形结构碎片. 同时已经分解的甲烷水合物在外层形成水膜, 包裹里层正在分解的甲烷水合物, 增大里层甲烷水合物分解传质阻力.     

甲烷水合物导热机理的分子动力学模拟

甲烷水合物导热系数是甲烷水合物勘探、开采、储运以及其他应用过程中一个十分重要的物理参数.我们采用平衡分子动力学（EMD）方法Green-Kubo理论计算温度203.15～263.15K、压力范围3～100MPa、晶穴占有率为0～1的sI甲烷水合物的导热系数,采用的水分子模型包括TIP4P、TIP4P-Ew、TIP4P-FQ、TIP4P/2005、TIP4P/Ice.研究了主客体分子、外界温压条件等对甲烷水合物导热性能的影响.研究结果显示甲烷水合物的低导热性能由主体分子构建的sI笼型结构决定,而客体分子进入笼型结构后,使得笼型结构导热性能增强,同时进入笼型结构的客体分子越多,甲烷水合物导热性能越强.研究结果还显示在高温区域（T〉TDebye/3）内不同温度作用下,所有sI水合物具有相似的导热规律.压力对导热系数有一定影响,尤其是在较高压力条件下,压力越高,导热系数越大.而在不同温度和不同压力作用过程中,密度的改变对导热系数的增大或减小几乎没有影响.     

过氧化氢水溶液作用下甲烷水合物分解特性的分子动力学模拟研究

采用分子动力学模拟方法研究过氧化氢水(HP)溶液作用下结构I型(SI)甲烷水合物晶体分解特性. 系统分析甲烷水合物在过氧化氢水溶液作用下由晶态向液态转变过程的机理, 对比相同摩尔浓度乙二醇(EG)溶液作用下甲烷水合物分解变化规律, 得出HP与水合物热力学抑制剂EG一样对甲烷水合物分解具有促进作用, 为HP溶液促进甲烷水合物分解实验研究提供参考.     

不同浓度聚乙烯醇对甲烷水合物分解作用的分子动力学模拟

采用分子动力学方法,模拟了273.15K下聚乙烯醇(PVA)对甲烷水合物的分解作用.研究发现,PVA浓度为2.7wt%时,水分子始终在其平衡位置附近波动,扩散系数仅为1.04×10-11m2/s;PVA浓度为5.2wt%时,水合物笼型结构坍塌,水分子以液态水的形式存在,甲烷分子从孔穴中逸出,聚乙烯醇的羟基在分子内部形成氢键,形成团簇,产生空间位阻,阻止了水分子再生成水合物,水分子的扩散系数1.61×10-9m2/s;PVA浓度为7.6wt%时,甲烷水合物周围有部分笼型结构被破坏,部分甲烷分子从孔穴中逸出,水分子扩散系数为3.55×10-10m2/s.得出聚乙烯醇对甲烷水合物的分解作用大小为:5.2wt%7.6wt%2.7wt%,为PVA溶液促进甲烷水合物分解实验研究提供参考.     

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.     

甲烷水合物分解及自保护效应的分子动力学模拟

采用分子动力学(MD)方法, 在温度T = 240, 260, 280和300 K的条件下模拟了Ⅰ型甲烷水合物晶体的分解过程. 研究发现,水合物分解后将在相界面上形成一层“准液膜”,准液膜中水分子的结构性质、空间取向和动力学性质均出现由“似晶”到“似液”的渐变过程. 在水合物分解过程中, 准液膜的存在对水分子和甲烷分子的扩散形成传质阻力. 由于甲烷分子必须穿过准液膜才能进入气相, 准液膜的传质阻力抑制了甲烷分子向气相的扩散过程, 致使水合物的分解速率随之降低, 从而产生自保护效应. 当温度低于水的冰点时, 准液膜中水分子的“似晶”程度较高, 准液膜的传质阻力较大, 自保护效应较明显. 当温度高于水的冰点时, 准液膜中水分子的“似液”程度较高, 准液膜的传质阻力显著下降, 水合物的自保护效应明显减弱.     

用分子动力学模拟水合物储氢

用分子动力学(MD)模拟方法系统研究了结构Ⅰ型(SⅠ)和结构H型(SH)氢气水合物中氢气的占据情况并确定了氢气水合物的稳定结构: SⅠ水合物氢气分子数小胞中为2, 大胞中为3; SH水合物氢气分子数小胞中为2, 中胞中为2, 大胞中为11. 分析了稳定情况下水合物各胞腔内氢气分子之间的径向分布函数(RDF), 得出了氢气分子在各胞腔内的稳定位置. 由稳定位置得到了稳定结构下氢气水合物的储氢质量分数: SⅠ为5.085%, SH为6.467%. 与实验对比得出结论: SH水合物稳定结构下的储氢能力最强.     

聚乙烯在石墨表面结晶的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了聚乙烯在石墨(001)表面的吸附和结晶过程;直观的给出了聚乙烯链被石墨(001)面吸附并诱导形成有序的片层晶体的过程;发现结晶温度对得到的有序结构中的聚乙烯链相对石墨表面的特定取向有影响(300 K和600 K时的取向方向不同);表面覆盖率影响聚乙烯吸附层的厚度,对取向的方向无影响.     

表面上锚定聚乙烯链聚集的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟方法研究了锚定于二维无限大表面上的聚乙烯分子链的聚集和有序化过程.聚乙烯链与表面的相互作用采用一个以平面法向距离为函数的势能表达式S(z).以均方回转半径垂直于表面的分量s²⊥作为指标,考察了模拟过程中表面势能函数的强度效应和模拟体系的温度效应.研究了锚定聚乙烯在表面上聚集的有序化过程,考察了锚定聚乙烯链的聚集成核的动力学过程,聚集体的形貌及分子量依赖性.发现锚定聚乙烯在300K时只在锚定点附近形成一个局部有序结构,然后以此为核进行生长.在模拟得到的有序程度不同的聚集体结构中,锚定点都位于聚集体链轴的端面.     

客体分子所处晶穴结构不同对甲烷水合物稳定性的影响

采用分子动力学方法模拟了SⅠ型甲烷水合物受热分解微观过程,并对水合物分解过程中不同晶穴结构内客体分子对甲烷水合物稳定性的作用进行了研究.通过最终构象、均方位移和势能等性质的变化规律对分别缺失大晶穴和小晶穴中客体分子的2种水合物体系随模拟温度升高稳定性的变化进行了分析.模拟结果显示,随温度的上升,水合物稳定性逐渐下降直至彻底分解;而水合物分解速度与2种晶穴各自部分晶穴占有率相关,不能简单的通过整体晶穴占有率表示.对比相同注热过程中2种水合物体系分解状况,发现位于大晶穴内的客体分子对水合物稳定性影响更大,缺失大晶穴内客体分子的水合物更容易随温度升高而分解.     

Molecular Dynamics Simulation of Methane Hydrate Decomposition in the Presence of Alcohol Additives

The decomposition process of methane hydrate in pure water and methanol aqueous solution was studied by molecular dynamics simulation. The effects of temperature and pressure on hydrate structure and decomposition rate are discussed. The results show that decreasing pressure and increasing temperature can significantly enhance the decomposition rate of hydrate. After adding a small amount of methanol molecules, bubbles with a diameter of about 2 nm are formed, and the methanol molecules are mainly distributed at the gas-liquid interface, which greatly accelerates the decomposition rate and gas-liquid separation efficiency. The radial distribution function and sequence parameter analysis show that the water molecules of the undecomposed hydrate with ordered ice-like configuration at a temperature of 275 K evolve gradually into a long-range disordered liquid structure in the dynamic relaxation process. It was found that at temperatures above 280 K and pressures between 10 atm and 100 atm, the pressure has no significant effect on hydrate decomposition rate, but when the pressure is reduced to 1 atm, the decomposition rate increases sharply. These findings provided a theoretical insight for the industrial exploitation of hydrates.     

Preparation and properties of poly(alkyl vinyl ether-2-ethyl-2-oxazoline) diblock copolymers

A method for the synthesis of well-defined poly(alkyl vinyl ether–2-ethyl-2-oxazoline) diblock copolymers with hydrolytically stable block linkages has been developed. Monofunctional poly(alkyl vinyl ether) oligomers with nearly Poisson molecular weight distributions were prepared via a living cationic polymerization method using chloroethyl vinyl ether together with HI/ZnI₂ as the initiating system and lithium borohydride as the termination reagent. Using the resultant chloroethyl ether functional oligomers in combination with sodium iodide as macroinitiators, 2-ethyl-2-oxazoline was polymerized in chlorobenzene/NMP to afford diblock copolymers. A series of poly(methyl vinyl ether–2-ethyl-2-oxazoline) diblock materials were found to have polydispersities of ≈ 1.3–1.4 and are microphase separated as indicated by two T_g's in their DSC thermograms. These copolymers are presently being used as model materials to study fundamental parameters important for steric stabilization of dispersions in polar media. © 1993 John Wiley & Sons, Inc.     

ZnCl2熔盐的分子动力学模拟

近年来，若干作者根据几种粒子间函数，对ZnCl2熔盐结构做过分子动力学模拟［1－3］其出的Zn－Cl和Cl－Cl离子间的偏径向分布函数与中子衍射实测值符合较好，但Zn－Zn离子间距以及Zn－Zn间配位数计算值多偏高．鉴于Busing势函数在多价卤化物馆盐的分子动力学计算中应用效果较好[4],我们试用Busing势函数为基础对ZnCl2熔盐结构和能量做分子动力学计算．1研究方法计算所用粒子势为Busing势函数此处，Zi为离子的电行数（ZZn。＋＝2，Zcl－＝1），几；是离子有效半径，人为＊离子的“硬度”参数·据文献问，f二0．005071，尸zn。十二0．…     

NH2(～X2B1)与CH4反应机理的理论研究

在密度泛函理论B3LYP／6－311G^*水平下，研究了NH2与CH4的反应机理。通过振动频率和内禀反应坐标（IRC）分析，对反应过渡态进行了确认。在QCISD（T）／6－311G^*水平下进行了单点能计算，并进行了零点能校正，结果表明，反应NH2＋CH4→N3＋CH3是主要的反应通道。     

基于基团贡献法和分子动力学预测聚间苯二甲酰对苯二胺的玻璃化转变温度

采用基团贡献法(GC)和分子动力学法(MD)模拟了聚间苯二甲酰间苯二胺纤维(MPDI)和聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)的玻璃化转变温度, 并与实验值进行了对比. 结果表明, 使用基团贡献法和分子动力学法测得的MPDI和PPTA的玻璃化转变温度与实验值接近, 说明基团贡献法和分子动力学法可以用来预测芳香族聚酰胺的玻璃化转变温度. 在此基础上, 采用GC和MD预测了聚间苯二甲酰对苯二胺(PPIA)的玻璃化转变温度. 在MD模拟中, 对密度、 比体积、 回转半径和非键相互作用随温度的变化规律进行了分析. 结果表明, 自由体积理论能较好地解释PPIA的玻璃化转变现象, 其中非键相互作用随温度的变化是玻璃化转变的本质原因. PPIA的玻璃化转变温度介于MPDI和PPTA之间, 有望成为综合性能介于两者之间的另一种高性能聚酰胺.     

超临界水的分子动力学模拟

采用分子动力学(MD)模拟的方法对超临界条件下水的结构及扩散性质进行了研究.模拟结果表明超临界条件下水分子之间的氢键作用明显减弱,分子极性大大降低.扩散性质与常温下相比,其大小约上升了两个数量级.