奇碳链系列烷基苯磺酸盐分子动力学模拟

论文摘要

本文利用分子动力学模拟方法分别考察不同浓度表面活性剂的聚集形态、烷基芳基磺酸盐界面性质以及系列烷基芳基磺酸盐的自由能微扰计算,主要内容如下:1)用分子动力学的方法,模拟了十三烷基甲苯磺酸钠在不同浓度下油水体系的胶团形状,发现在临界胶团浓度以上,随浓度的增加,依次自发形成从球状胶团、棒状胶团、层状胶团到反胶束结构的各种聚集体。并用扩散系数数值与直观模拟结果相对应,发现扩散系数能很好的表征表面活性剂溶液的自组装情况。2)研究了阴离子表面活性剂在水/辛烷,水/甲苯,水/辛烷、甲苯混合油相时的动力学特点,模拟结果很好的展示了平衡体系时的油水界面形成。利用密度剖面图说明了表面活性剂对不同油相的诱导作用。同时,模拟计算了烷基芳基磺酸盐在油水界面的界面张力、均方根末端距、接触面积等。3)用分子动力学的方法模拟了9种系列不同结构的烷基芳基磺酸盐在水溶液和真空环境下的不同结构和相互作用。并且用自由能微扰方法计算了9种结构的水合自由能,结果表明:随着芳环向长烷基链的中间位置移动,胶束化能力下降,随着芳环上长烷基链碳数的增加、随着芳环上短烷基链个数的增加和短烷基链碳数的增加,胶束化能力提升;通过对自由能的力的分解和原子对的径向分布函数分析,揭示了胶束的驱动力是疏水效应综合作用的结果;根据氢键的图形定义,分析了系列表面活性剂极性头与周围水分子的氢键相互作用,发现氢键的数目能增强或者减弱分子脱离胶束体的趋势,进而影响胶束的稳定性;同时计算了水分子中氢键的生存周期。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 表面活性剂
• 1.1.1 表面活性剂的分类
• 1.1.2 表面活性剂的合成
• 1.1.3 表面活性剂物理化学
• 1.1.4 表面活性剂在气液界面上的吸附
• 1.1.5 表面活性剂驱油的发展
• 1.2 烷基苯磺酸盐
• 1.2.1 烷基苯磺酸盐在油田中的发展
• 1.2.2 烷基苯磺酸盐结构与性能的研究
• 1.3 分子动力学
• 1.3.1 分子模拟介绍
• 1.3.2 分子力学模拟的几种方法
• 1.3.3 分子动力学方法简史
• 1.3.4 分子动力学基本原理
• 1.3.5 分子力场介绍
• 1.3.6 分子力场分类
• 1.3.7 正则系综和等温等压系综
• 1.3.8 分子模拟在表面活性剂领域的研究现状
• 1.4 操作系统平台介绍
• 1.5 模拟平台介绍
• 第二章 表面活性剂聚集形态的分子动力学模拟
• 2.1 理论方法
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 不同表面活性剂浓度的有序组合体
• 2.2.2 扩散系数
• 2.2.3 溶液浓度对反胶束形成的影响
• 2.2.4 结构对反胶束性成的影响
• 2.3 小结
• 第三章 表面活性剂在油水界面的分子动力学模拟
• 3.1 模拟与方法
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 无表面活性剂的二元体系
• 3.2.2 加入表面活性剂后的油水体系
• 3.2.3 界面张力
• 3.2.4 均方根末端距和界面宽度
• 3.2.5 分子占有面积
• 3.2.6 表面活性剂复配
• 3.3 小结
• 第四章 系列烷基芳基磺酸盐的自由能微扰计算
• 4.1 理论与方法
• 4.1.1 分子模型
• 4.1.2 MD 模拟
• 4.1.3 自由能微扰法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 9 种烷基芳基磺酸盐的自由能
• 4.2.2 胶束形成的驱动力
• 4.2.3 胶束稳定性分析
• 4.2.4 氢键动力学分析
• 4.3 小结
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 附件
• 详细摘要