《分子模擬研究CO2誘導乳狀液形貌與性質轉變的機理》是依託上海交通大學，由曹風雷擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：分子模擬研究CO2誘導乳狀液形貌與性質轉變的機理
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：曹風雷
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
乳狀液被廣泛套用於工業和環境領域。最近CO2誘導乳狀液形貌與性質轉變的現象引起了人們的廣泛關注，但其變化過程和機理依然不清楚。分子模擬技術為我們提供了一條途徑去研究這些問題。受限於目前的模擬和計算條件，直接模擬CO2誘導乳狀液形成與轉化的過程仍然是一件很困難的事情。本項目以Helfrich雙親分子流體膜理論為基礎，通過計算油/表面活性劑/水/CO2界面的張力、力矩、彈性模量等力學量來預測乳狀液的形貌和性質；通過分析PMF、RDF、密度分布、結構因子、迴旋半徑等手段來揭示CO2如何誘導乳狀液形貌與性質的轉變。擬採用SDK粗粒化力場，並且對力場參數進行驗證和最佳化。為得到合理的模型，我們還將計算不同壓強下CO2在水和油中的溶解度，以確定水相和油相中CO2分子的數目。最終為選擇合適的CO2壓強以得到所需的乳狀液提供理論指導。該項目的研究成果將在提高石油開採率和改善石油運輸等領域有著廣闊的套用前景。
結題摘要
乳狀液被廣泛套用於工業和環境領域，特別是在提高石油開採率和改善石油運輸等領域有著廣闊的套用前景。最近CO2誘導乳狀液形貌與性質轉變的現象引起了人們的廣泛關注，CO2可以很容易的控制乳狀液形貌的轉變，但其變化過程和機理依然不清楚。該項目研究中，我們採用分子模擬方法，圍繞著CO2誘導乳狀液形貌與性質轉變的問題，開展了以下三方面的工作：（1）開發了可遷移性的粗粒化力場。我們開發了烷烴、水、氣體分子的可遷移性粗粒化力場，很好的預測了這些分子的熱力學、動力學性質；（2）採用分子模擬方法計算了CO2、CH4及N2等氣體分子在水相和油相中的分配。即可以驗證所開發的粗粒化力場，又為下一步研究提供了合理的模型，該工作我們採用了高通量計算的方法。（3）通過計算力矩考察了CO2分子對油/水界面微乳膠液的影響。搭建了合理的模型，計算了油/水界面微乳膠液的界面張力、力矩、彈性膜性等性質，研究CO2分子如何控制油/水界面微乳膠液形貌，取得了與實驗相一致的結果。經過三年的研究，我們達成了原定的目標。解決了粗粒化力場可遷移性的問題，提高了模擬的空間和時間尺度和粗粒化力場的精確性；在軟物質材料的模擬計算中較早引入高通量計算的思想，自動化、智慧型化計算了氣體在油、水相中的相圖及溶解度，計算結果在很大的範圍內能重現實驗數據，還能彌補實驗數據的不足；通過計算表面張力、力矩、彈性模量等關鍵性質，從分子尺度研究了油/水微乳膠液的形貌及一些機械特性，為設計和合成油/水微乳膠液提供理論指導。項目研究開發的粗粒化力場對於整個分子模擬領域是很基礎性的貢獻，可以套用到其他的體系的模擬研究中；採用的高通量計算方案，是“材料基因組”計畫一個很好的實例，為我們在這方面後續的研究提供了經驗；最後計算力矩的方法還可以套用到膠束、細胞膜等領域的研究中。三年中發表與項目密切相關的期刊論文8篇，待發表2篇。由於涉及力場開發及機械性質計算的周期較長，目前還有一些工作在進行中。
