CO2与水表面相互作用的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法,研究了CO₂分子与水表面的相互作用,发现CO₂分子会被水的表面束缚一段时间,给出了CO₂在水气界面两侧的概率分布以及平均束缚时间和浓度等随温度的变化趋势,还估算得出风对水气界面与CO₂作用的影响有限.所得结果对于深入认识海气间CO₂的传输机制有一定的指导意义.     

超临界CO2中表面钝化Au纳米粒子的分子动力学模拟

通过分子动力学模拟方法研究了353.15 K下多个氟化的硫醇烷烃钝化的Au纳米粒子在超临界CO2中的分散行为。结果表明:在单分子自组装层的钝化下,Au纳米粒子在超临界CO2溶剂中可以得到稳定分散。通过对径向分布函数、有效平均力势能、渗透压第二维里系数等数据进行分析发现,在超临界流体中,自组装单分子保护层(SAM)的存在可以有效阻止纳米粒子间的团聚,增加溶剂密度和链长,可以提高纳米粒子之间的相互排斥作用,从而有利于纳米粒子的分散。     

表面活性剂对乙烯醋酸乙烯酯聚合物胶膜润湿性影响的分子动力学模拟

乙烯-醋酸乙烯酯聚合物(ethylene-vinyl acetate, EVA)胶膜是太阳能光伏板的重要组成部分,影响着光伏组件的发电效率、可靠性等性能,但火灾危险性较大。为提高水对EVA胶膜的灭火效果,采用分子动力学模拟的方法,建立14种常见的表面活性剂模型,研究不同种类表面活性剂对于EVA胶膜润湿性的影响,并通过接触角实验验证模拟结果。计算了体系的相互作用能,分析了相对浓度分布、径向分布函数和静电势等参数,从分子尺度揭示润湿机理。结果表明：阴离子表面活性剂作用效果最好,其中十二烷基二苯醚二磺酸钠(sodium dodecyl diphenyl ether disalfonate, SLDED)的亲水基团与水分子的相互作用较强,效能最为突出。在水系灭火剂中添加此类表面活性剂,能够增强水分子在材料表面的附着,达到高效灭火的目的。     

基于非离子表面活性剂的高压CO2泡沫稳定性试验

针对壬基酚聚氧乙烯醚系列非离子表面活性剂,利用高温高压可视化泡沫仪,在不同温度、压力和矿化度条件下对CO2泡沫性能进行测试,分析(聚氧乙烯基)EO聚合度、矿化度、压力和温度对CO2泡沫性能的影响。同时通过驱替试验对CO2泡沫作为驱油剂的封堵和流度控制能力进行测试,并与高温高压泡沫仪的试验结果进行对比,分析泡沫仪测试的泡沫综合性能指数与泡沫在驱替试验中的阻力系数的相关性。结果表明:随着EO聚合度的增大,表面活性剂的亲水性增加,所产生CO2泡沫的性能及稳定性提高;泡沫液矿化度增大、压力增大和温度升高都会导致CO2泡沫性能下降。驱替试验结果揭示了表面活性剂分子结构对CO2泡沫的影响,对CO2泡沫用非离子表面活性剂的设计和性能提高具有指导意义。     

硅表面微结构对表面润湿方向性影响的分子动力学研究

采用分子动力学方法研究了硅表面微结构对表面润湿方向性的影响,采用3种不同的微结构探讨了水滴在表面上的扩散方向问题,以及微结构尺寸对表面润湿性的影响.研究结果表明,表面微结构宽度存在临界宽度值,当微结构宽度小于临界宽度时表面表现为疏水性,反之,亲水性增强;在疏水性表面上,水的铺展性表现为各向同性,水滴稳定后俯视图近似为圆形,在亲水性表面,水的铺展性表现为各向异性,表面微结构形状不同,水滴稳定后呈现不同的特殊形状.     

CO2液滴在粗糙固体壁面上的润湿特性

CO₂在粗糙固体壁面上的润湿行为对CO₂冷凝捕集技术具有重要意义。采用分子动力学方法探究微结构、势能及温度对CO₂液滴润湿的影响。结果表明:相较于平板壁面,微结构壁面提高了CO₂液滴的接触角;在微结构壁面上势能参数影响CO₂液滴的润湿状态,在栏栅结构壁面上CO₂液滴从Cassie-Baxter状态转向Wenzel状态,而在三角和斜坡结构壁面上CO₂液滴均保持Wenzel状态,3种壁面上CO₂液滴的接触角均随势能参数的增大而减小;此外随着体系温度升高,CO₂分子克服界面能垒由液相转向气相,使得液滴尺寸变小,液滴的接触角稍有减小。     

Au纳米粒子在超临界CO2中结构和相互作用

为了可控制备分散性的Au纳米粒子,研究Au纳米粒子在溶剂中的界面结构及相互作用。采用分子动力学模拟方法研究不同温度下氟化的硫醇十二烷钝化的Au纳米粒子在超临界CO₂中的界面结构和相互作用自由能。结果表明:温度升高会略微提升纯排斥的特征。通过自由能的分解,发现Au纳米内核与吸附的有机配体间的相互作用完全决定了自由能的排斥特征。焓熵分析结果表明自由能的排斥特征是由熵贡献引起的。     

盐水液滴在砂岩表面润湿性的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究NaCl对水滴在砂岩表面的微观润湿行为的影响。结果表明:NaCl能降低水对砂岩表面的润湿程度,强亲水的砂岩表面随NaCl质量分数的增大向弱亲水转化;水的润湿角随NaCl质量分数的增加而增大,在NaCl质量分数大于19.6%时则几乎不发生变化;粒子间的结合能垒远大于解离能垒,引起水分子聚集在Na+、Cl-周围而增强了盐水液滴的聚集能力,导致润湿角的增大;砂岩表面对水的相互作用能随着NaCl质量分数的增加而减少,但在质量分数大于19.6%时吸附能的变化不大,与润湿角的变化趋势一致。     

考虑水相中CH4与CO2竞争溶解的CO2驱油数值模拟

为明确CO₂和CH₄在水相中的相互作用及其竞争溶解对油藏CO₂驱油过程的影响,建立了考虑CO₂和CH₄竞争溶解的CO₂驱数值模拟模型,该模型修正了不同CO₂浓度下CH₄的溶解度,并改进了表征CH₄溶解能力的平衡常数。模拟结果表明：在CO₂和CH₄竞争溶解作用下,气体组分的分布发生了显著变化,影响气油比和含水率的波动,进而对油藏生产动态产生影响。在竞争溶解作用下,气相中CH₄质量分数增加,进一步证实了CH₄与CO₂之间相互作用的复杂性。该模型可以真实反映CO₂驱油过程中的气体相互作用。     

跨临界CO2制冷系统中绝热毛细管性能模拟研究

建立了CO2制冷系统中绝热毛细管一维稳态分布参数模型,以研究跨临界CO2系统中毛细管的性能和流动特性.分别采用3种不同摩擦系数关联式(Churchill、Colebrook、Bittle&Pate关联式)进行模拟和比较,研究了CO2在毛细管内的温度、压力、焓、熵及干度等的沿程分布规律.分析了管径、入口压力、入口温度和背压等4个参数对毛细管质量流量的影响,并考虑了壅塞现象.结果表明:采用Churchill和Colebrook关联式的效果较好,92%的计算值误差在10%以内,而Bittle&Pate关联式不适用于CO2绝热毛细管计算,因为它未考虑毛细管内壁的粗糙度;背压对质量流量影响很小,即使发生壅塞,壅塞质量流量和未壅塞时的质量流量差别也不大.     

自生CO2结合表面活性剂复合吞吐数值模拟*

层内自生CO2吞吐是低渗小断块油田提高采收率的新型技术,既发挥了CO2混相或非混相驱油机理又解决CO2气源和注入过程井筒腐蚀等问题。针对目前自生CO2以及结合表面活性剂复合吞吐的参数优化研究很少等情况,探索了应用化学驱、热采模型对层内自生CO2以及注入表面活性剂的操作工艺参数进行优化的方法。基于某实际低渗透油藏单井径向模型和室内自生CO2及表面活性剂实验测试结果,在对流体相态、自生CO2过程、表面活性剂驱相关参数及生产动态拟合的基础上,开展生气剂注入量、生气剂浓度、注入速度、关井时间、采液强度对复合吞吐效果影响的模拟研究。结果显示,生气剂注入量、注入浓度和采液强度对复合吞吐效果影响较大,并且存在最佳的取值范围,其中：最佳生气剂量为200～250 t、摩尔分数为3.0%～5.0%、采液强度为7 m3/d;适当增加注入速度和延长关井时间有助于提高吞吐效果。该研究对于自生CO2复合吞吐的优化以及该技术在小断块低渗油藏提高采收率领域的推广应用具有重要意义。     

一氧化钛表面的润湿性能

采用高温座滴法测定了一系列金属及合金在TiO上的接触角。研究结果表明金属Cu,Fe,Co,Ni及FeCr合金与TiO的润湿性均较差,在熔点温度时其接触角为48°～120°。Cu与TiO属非反应型润湿;Fe,Co,Ni及FeCr合金与TiO属反应型润湿。添加某些表面活性剂能提高其润湿性,向Cu中添加2%以上的Mo2C可明显提高Cu在TiO上的润湿性,由非反应型润湿转变为反应型润湿;向FeCr合金中添加1.5%以上的Mn或Si,可显著提高FeCr合金在TiO上的润湿性,添加Mn不改变润湿类型,而添加Si使反应型润湿转变为非反应型润湿。     

Mg-MOF-74对CO2/CH4吸附分离的分子动力学模拟及气体吸附性能研究

天然气是一种环保型能源并且可被广泛用做化工原料,但是其中的CO₂会严重影响天然气的热值与输送性能,因此对天然气中的CO₂进行有效脱除尤为重要。选用Mg-MOF-74作为吸附剂,采用分子动力学模拟计算方法分析Mg-MOF-74对CO₂/CH₄吸附分离性能的影响。模拟计算结果显示,在一定的温度、压强条件下,CO₂比CH₄更容易与Mg-MOF-74的金属位点相结合,Mg-MOF-74对CO₂气体的相互作用力更强,从而证明Mg-MOF-74对CO₂的吸附能力也更好。为验证模拟结果的准确性,制备了Mg-MOF-74并测试了其CO₂/CH₄吸附性能,实验结果与模拟结果一致,证明Mg-MOF-74对CO₂有很高的选择性。     

油水界面上AOT聚集行为的分子动力学模拟

用分子动力学模拟（MD）方法研究了2-乙基己基琥珀酸酯磺酸钠（AOT）在异辛烷／水界面的聚集行为．结果发现：AOT作为界面改性剂可以在油水界面形成单分子层,并随着浓度的增加从不饱和到饱和、从无序到有序发展;由于存在静电相互作用,盐（NaCl）的加入可以改变表面活性剂在油水界面的排列．     

随机和交替聚电解质与表面活性剂分子相互作用的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了由带电链节与不带电的中性链节组成的交替共聚物和随机共聚物与带相反电荷表面活性剂的相互作用,考察了随机和交替共聚物中中性链节的亲、疏水性对所形成复合物的影响。结果表明,当共聚物中中性链节表现为亲水特性时,交替与随机共聚物吸附表面活性剂分子的能力差别不大,在所模拟的浓度区间内,两种聚电解质与表面活性剂均形成瓶刷结构。当中性链节表现为疏水特性时,带电链节的交替分布和随机分布不仅影响了其吸附表面活性剂的能力,也影响了复合物的最终结构。在所考察的表面活性剂浓度范围内,疏水性的随机共聚物与表面活性剂相互作用会形成较大的聚集体,而疏水性的交替共聚物与表面活性剂的作用仅能形成瓶刷结构以及较小的聚集体。     

表面活性剂对Al2O3基泡沫陶瓷性能的影响

采用三维网状的聚氨酯有机泡沫体作为载体制备Al₂O₃基泡沫陶瓷。选用了不同质量分数的木质素磺酸钙溶液作为表面活性剂对泡沫进行了表面活化,研究表面活性剂加入量对氧化铝基小孔泡沫陶瓷过滤器性能的影响。研究表明:随着活化剂质量分数的增大,试样的抗压强度和热震稳定性先升后降,当活化剂木质素质量分数为1.0%时,泡沫陶瓷性能最好,此时强度达到1.147 MPa,热震循环次数达到11次。     

TiO2多晶结构的分子动力学研究

采用在经典离子晶体作用势中附加莫尔斯势,并进行必要量子化修正,对ＴｉＯ２的金红石、锐钛矿和板钛矿型晶体结构随温度、压力的变化特性进行分子动力学模拟计算,获得了比以往更为精确的模拟结果,并对高温高压下的结构特性做出了预测性计算模拟．     

基于分子动力学模拟的钙基蒙脱石表面润湿性研究

蒙脱石作为土体中主要的黏土矿物之一,其表面的润湿性对土体膨胀机制有着重要的影响。目前已有大量的研究对蒙脱石的亲水性进行了分析,但原子尺度的润湿机制仍有待探究。以钙基蒙脱石为例,基于分子动力学模拟计算了水分子在其表面的接触角,并结合原子的径向分布函数和密度分布特征分析了水分子在钙基蒙脱石表面的润湿性。结果表明：在300 K温度下,水分子在钙基蒙脱石表面的接触角为18.03°,计算结果与前人的试验数据一致性较好;Ca-O水和Ca-H水的径向分布函数都呈现出双峰特性,而Ca-O水的第一峰位更早出现,说明水中的氧更倾向于与钙离子结合形成水合钙离子;在表面离子产生的静电场作用的诱导下,表面水中的氧原子密度分布曲线呈现多个明显的峰,形成了有序的水化分层结构,进而导致蒙脱石表面呈现出明显的亲水性。研究结果可为进一步阐明蒙脱石吸水后引发的土体膨胀破坏和水土流失等现象提供理论依据。     

阳离子表面活性剂-AuI-2体系光谱特性及应用

在HCl介质中,AuI-2与阳离子表面活性剂可形成较稳定的缔合微粒,它在560 nm产生一个吸收峰,在320,470 nm产生2个同步散射峰,在580 nm产生1个共振散射峰.在一定条件下,阳离子表面活性剂浓度在0～7.0×10-5 mol/L范围内遵循比尔定律,摩尔吸光系数高达1.904×104 L·mol-1·cm-1.用于合成样和新洁尔净样品中阳离子表面活性剂的测定,结果满意.     

不同浓度表面活性剂聚集形态的分子动力学模拟

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地表征表面活性剂溶液的自组装情况。