界面张力的实验和分子模拟研究

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1、中国海洋大学硕士学位论文界面张力的实验和分子模拟研究姓名：陈莉申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：胡仰栋20070601界面张力的实验和分子模拟研究，摘要界面张力是液体界面性质的重要参数之一，也是重要的化工基础数据。传统的化学工业以及本世纪迅速发展起来的现代高新技术领域都与界面现象密切相关，而界面(汽．液界面，液．液界面)张力作为研究界面现象的基础和出发点，越来越受到人们的重视。本文从实验和动力学模拟两个角度分别对界面张力进行研究。本文通过实验研究了三种非离子有机硅表面活性剂DY-ETl01、DY-ETl02、DY-ETl03和阴离子表面活性剂全氟

2、壬氧基苯磺酸钠(FBs)的混合体系，溶液复配时在形成混合胶团、降低表面张力能力、降低表面张力效率方面的增效作用。由实验得到的表面张力浓度图，求得不同配比下混合溶液的l临界胶束浓度锄c、临界胶束浓度下的表面张力1，。以及将水的表面张力降低20mN／m时对应的表面活性剂浓度的负对数pC20值，结果表明：三种有机硅表面活性剂和FBS混合后的‰。比纯FBS的高，所以三种复配体系在降低表面张力能力方面没有增效作用；DY-ETl01、DY-ETl02与FBS复配后的cInc变小，而DY-ETl03与FBS混合后的cnlc没有明显的变化，则表明DY-ETl01、DY-

3、ETl02与FBS的复配体系具有形成胶团能力的增效作用而DYoETl03与FBS的复配体系则没有增效作用；DY-ETl01、DY-ETl02与FBS复配后的pC20值变大，而DY-ETl03与FBS的体系pC20值没有明显变化，表明DY-ETl01、DY-ETl02与FBS复配体系具有降低表面张力效率的增效作用而DY-ETl03与FBS的复配体系则没有。模拟部分应用DPD耗散粒子动力学模拟，选用WSG关联式计算DPD排斥力参数。在基本粒子数目m取l、2、3时，对十几种液体与水混合体系的液液界面张力进行动力学模拟，结果如下：对界面张力实验值大于45mN／m

4、的液液体系如四氯化碳、辛烷、正己烷与水体系进行模拟研究发现，在基本粒子数目m取2、3时DPD的模拟计算的界面张力数值才能与该物系的界面张力实验值相符(癸烷水体系在m=2时处于分散V中国海洋大学硕士学位论文状态除外)。对界面张力实验值在25-45mN／m范围内的液液体系如硝基苯、苯、甲苯与水体系进行模拟研究发现，在基本粒子数目m取l时DPD模拟计算的界面张力数值才能与该物系的界面张力实验值相符。对界面张力实验值在小于25mN／m的液液体系如硝基甲烷、辛醇、乙醚、乙酸乙酯、戊醇、甲基丁基酮与水体系进行模拟研究发现：只有硝基甲烷与水在基本粒子数目m取l时模拟的

5、界面张力与实验值相符，其它的几个物系在基本粒子数目m取l、2、3时DPD模拟计算的界面张力数值与实验值进行比较发现误差皆在200％以上，即不适于用该方法来计算模拟界面张力实验值小于25mN／m的液液体系。对于界面张力实验值小于25mN／m的液液体系，本文提出基本粒子数目m取值可以小于1，并改用GW关联式计算DPD排斥力参数，进行动力学模拟得到的界面张力与实验值相吻合。因此，对于界面张力很小的液液混合体系可以在设定m小于l的情况下进行模拟计算。另外，本文对于基本粒子数m取值更大时的模拟情况进行了探讨，当m选取1-20间的奇数时，选用了氯仿水体系为研究对象，

6、进行分子动力学模拟，结果发现：体系的界面张力随着粒予数m的增大出现先增大后减小的现象，当m增大到13以后界面消失，体系处于完全分散状态，且由模拟过程的径向分布函数的图形变化情况可知体系处于不稳定状态，所以在计算液液单体界面张力时不能将基本粒子数选得过大，否则体系会处于不稳定状态而无法进行准确的模拟。关键词：表面活性剂；界面张力；DPD；溶解度参数VI界面张力的实验和分子模拟研究TheStudyofInterracialTensioninExperimentandMolecularSimulationAbstractInterfacialtensionis

7、oneimportantparameterofpropertyofliquidinterfaceandallimportantdataofchemicalindustry．Interfaeialphenomenonisrelatedtightlywithconventionalchemicalindustryandtechnologyfieldwhichdevelopinthecentury．Peopleattachmoieimportancetointerracialtension．Inthispaper,Westudyinterracialtensi

8、onbyexperimentandcomputersimulation．Thec