表面活性剂分子油水界面性质的分子动力学模拟研究

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1、学校代码10530学号201510141380分类号O641密级公开硕士学位论文表面活性剂分子油水界面性质的分子动力学模拟研究学位申请人瞿舟指导教师裴勇教授学院名称化学学院学科专业化学研究方向物理化学二零一八年五月十二日TheInterfacialActivitiesofSurfactantsatOil/WaterInterface:MolecularDynamicsSimulationsCandidateQuZhouSupervisorProfessorPeiYongCollegeDepartmen

2、tofChemistryProgramChemistrySpecializationPhysicalChemistryDegreeMasterofScienceUniversityXiangtanUniversityDateMay,2018湘潭大学硕士学位论文摘要表面活性剂被广泛应用于日常生活和工业生产中，通过分子模拟手段研究其界面性质能够获取表面活性剂分子的微观行为信息，有助于理解其界面吸附机制，洞悉分子结构与性质的内在联系。采用分子动力学(MD)模拟方法，本文研究了三种典型的表面活性剂分子在三种不

3、同油/水界面的吸附行为以及对吸附在岩石表面的油滴的驱替行为，包括非离子型表面活性剂壬基酚聚氧乙烯(10)醚(OP-10)，阳离子型表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)和阴离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)。对于正十二烷油层/水体系，研究了表面活性剂界面浓度对其界面吸附结构和降低油/水界面张力能力的影响。通过模拟轨迹，分析了表面活性剂分子倾斜角，界面厚度，极性头基周围水分子径向分布函数(RDF)以及第一水合层中水分的均方位移(MSD)。发现三种表面活性剂在油/水界面均能形成稳定的吸附层，

4、但降低正十二烷油层/水界面张力的能力却不同。与两种离子型表面活性剂相比，OP-10分子显示出最差的正十二烷油层/水界面活性，无法使界面达到一个较低的界面张力,而两种离子型表面活性剂分子随着其界面浓度的增加最终均能使油水界面达到一个较低的界面张力值。在正十二烷油滴/水体系中，我们模拟了随机分布在水相中的表面活性剂分子吸附到油滴表面的微观过程。发现在OP-10分子作用下，油滴发生了从球状聚集状态到柱状聚集状态的结构转变。在极性油/水体系中，模拟发现，随机分布在油相中的极性油分子会迁移到油/水界面处形成吸附

5、膜，并使界面张力降低。通过增减三种表活剂分子头基与尾链间的苯环，探讨了分子中苯环对其降低界面张力能力的影响，发现分子中没有苯环的表活剂能更好的降低正十二烷油层/水体系的界面张力。同时还模拟比较了非平衡条件下三种表面活性剂溶液对纳米岩石孔道中吸附的重质原油聚集体的驱替行为，结果显示离子型表面活性剂的驱油效果较好。关键词：分子动力学模拟；表面活性剂；界面张力I表面活性剂分子油水界面性质的分子动力学模拟研究AbstractSurfactantsarewidelyusedindailylifeandindus

6、trialproduction.Studyingtheirinterfacepropertiesbymolecularsimulationcanobtaininformationofthemicroscopicbehaviorofsurfactantmolecules,whichhelpstounderstandtheinterfaceadsorptionmechanismandgainsinsightintotherelationshipofstructureandpropertiesofmolec

7、ules.Bymeansofatomisticmoleculardynamics(MD)simulations,weexploretheadsorptionandinterfacialactivitiesofthreetypicalsurfactantsatthreedifferentoil/waterinterfaceandsimulatethedisplacementofheavyoilaggregatesadsorbedonthesurfaceofrock,includingthenonioni

8、ctypesurfactantoctylphenolpolyoxyethylene(10)ether(OP-10),thecationictypesurfactantdodecyltrimethylammoniumbromide(DTAB),andtheanionictypesurfactantsodiumdodecylbenzenesulfonate(SDBS).Inthen-dodecaneoil-layer/watersystem,theinter