收藏本站
《北京化工大学》 2009年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

表面活性剂在固液界面及限制空间中的吸附和聚集行为的分子模拟研究

郑凤仙  
【摘要】: 表面活性剂是一类具有表面活性的化合物,溶于液体(特别是水)后,能显著降低溶液的表面张力或界面张力,并能改进溶液的增溶、乳化、分散、渗透、润湿、发泡和洗净等能力,因而广泛应用于纺织、食品、医药、农药、化妆品、建筑、采矿等工业领域。表面活性剂的独特性能与它的特殊结构是分不开的。一个表面活性剂分子通常包含性质不同的两部分,一部分亲水一部分亲油。因此在溶液中或界面上容易自组装成介观尺度下的有序结构(如层状、膜和液晶态等),从而体现出相应的独特宏观行为。正是这种介观尺度下的聚集态直接影响了表面活性剂的性能。表面活性剂的性质和功能都取决于自组装过程。目前,表面活性剂自组装是生物制品和各种功能材料制备的重要手段。因此,表面活性剂自组装特性和聚集体结构的研究已成为当前的研究热点。 本论文采用晶格蒙特卡罗(Lattice Monte Carlo,LMC)模拟方法研究了表面活性剂在固液界面上及限制空间中的聚集性质,并对其聚集过程进行了探讨。从介观尺度上揭示表面活性剂在界面上及限制空间中的聚集行为,为理论研究和实际应用提供重要依据。论文的主要工作如下: 1.采用LMC方法模拟研究了表面活性剂在固液界面(疏水表面)上的吸附形貌及形貌转变,重点考察吸附作用能、表面活性剂头基与水之间的相互作用(表面活性剂头的溶解度)、表面活性剂尾基与水及表面活性剂结构的影响,并给出了不同表面活性剂随吸附作用能和表面活性剂头基的溶解度变化的相图。模拟结果除了发现实验报道的半球状胶束和单层这两种聚集形貌外,还发现了另外四种聚集形貌,分别为非稳定胶束,半球一半柱形混合胶束,蠕虫状半柱形胶束和带孔单层。表面吸附作用能和表面活性剂头基与水之间的相互作用不仅影响表面活性剂在表面上的聚集形貌还影响表面吸附量的大小。表面吸附作用能越大,表面活性剂越倾向于形成曲率较低的表面聚集形貌,并且表面吸附量越大。与此相反,表面活性剂头基与水之间的吸引作用越强,表面活性剂越倾向于形成曲率较高的表面聚集形貌,并且表面吸附量越小。 2.采用LMC方法研究表面活性剂溶液在限制空间内的吸附和聚集行为,包括由两个相同的平行疏水固体表面组成的狭缝孔和由固体粒子组成随机孔。 首先考察了孔宽和表面活性剂浓度对狭缝孔中表面活性剂溶液的聚集形貌的影响,并给出不同表面活性剂聚集形貌随孔宽和浓度变化的相图。模拟结果表明,从表面单层结构到双层结构的转变过程中存在一中间态——桥形结构,并且它的存在依赖于转变路径及表面活性剂分子结构。该结构的存在可能是相距较远的两个表面间长程疏水吸引作用的一种来源。 然后研究了随机孔中表面活性剂溶液的聚集性质,尤其是固体粒子(拥挤分子)对表面活性剂溶液的临界胶束浓度(CMC)的影响。主要考察固体粒子的排列方式,包括规则排列和随机排列两种方式以及固体粒子的体积分数对受限表面活性剂CMC的影响。模拟结果表明,固体粒子的存在使受限表面活性剂的CMC偏离其体相值。总体而言,因拥挤而产生的两种因素决定其偏离程度的大小,一种是由表面活性剂与固体粒子间的体积排斥效应引起的排空效应(depletion effect),另一种是胶束形成的旌可达体积(the available volume for micelle formation)。排空效应不可避免地导致表面活性剂在远离固体粒子的区域富集,从而导致CMC的减小。另一方面,固体粒子的存在会减小胶束形成的可达体积,这将减小体系的构象熵,阻止胶束的形成,从而导致CMC升高。正是这两种因素的竞争决定着受限表面活性剂的CMC的偏离程度。 3.结合LMC和标准盒子(Gauge Cell)方法研究表面活性剂溶液在亲水表面上的吸附和相行为,考察了温度、吸附作用能以及表面活性剂分子结构的影响。模拟结果表明,不同体系存在两种不同的相分离方式,即宏观相分离和微观相分离。对于发生宏观相分离的体系,有两种不同的动力学机制,在相分离区域遵从成核生长机理。该体系存在临界温度和临界吸附作用能。在临界温度以下或临界吸附作用能以上,体系发生宏观相分离,微量吸附相和双层相两相共存,吸附等温线明显有一回滞环,这是一级相变的特征表现。对于发生微观相分离的体系,在对数坐标系里的吸附等温线分为四个区,分别为微量吸附区,半胶束区,结构转变区和平台区,这与实验结果一致。
【学位授予单位】:北京化工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:O647.2

手机知网App
【引证文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 王睿;张光华;朱军峰;何志琴;;羧基/磺酸基含量对聚羧酸盐水煤浆分散剂性能的影响[J];功能材料;2016年03期
2 单晨旭;曹绪龙;祝仰文;刘坤;曲广淼;吕鹏飞;薛春龙;丁伟;;辛基酚聚氧乙烯醚磺酸盐界面行为的分子动力学模拟[J];化工学报;2016年04期
3 胡丽华;扈丹;李红红;周春华;;酚醛泡沫板用表面活性剂复配体系的研究和应用[J];山东化工;2015年10期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 田发林;双亲性分子的自聚以及与纳米粒子的相互作用[D];北京化工大学;2015年
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 曹慧平;集料化学成分/乳化剂传质机理的分子动力学模拟[D];重庆交通大学;2017年
2 李宇恒;低渗透油藏微乳液驱数值模拟参数测定方法研究[D];东北石油大学;2017年
3 单晨旭;不同碳链烷基酚基阴非表面活性剂结构与性能研究[D];东北石油大学;2016年
4 王睿;功能单体对聚羧酸盐水煤浆分散剂的结构与性能影响研究[D];陕西科技大学;2016年
5 杨旭明;表面活性剂对受“得克隆”(Dechlorane Plus)污染环境的增效修复机制研究[D];湖南科技大学;2015年
6 段吴燕;介孔TiO_2、Ag_3PO_4纳米光催化剂制备及光催化性能研究[D];南昌航空大学;2014年
7 涂慧婕;表面活性剂复合改性钛氧系颗粒及其电流变性能的研究[D];大连理工大学;2013年
8 胡文莉;木质素磺酸盐在固体颗粒表面的吸附性能研究[D];华南理工大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王湘英;;阳离子表面活性剂N,N-二甲基-N-丙烯基十二烷基溴化胺在水溶液中囊泡向胶束的转变[J];株洲师范高等专科学校学报;2007年02期
2 毛逢银;黄小兵;曹理兵;金晓伟;;表面活性剂及复配在云母片上吸附的AFM研究[J];润滑与密封;2006年08期
3 王月星;韩冬;鲁毅强;王红庄;;Gemini表面活性剂在固液界面的吸附及增溶作用[J];化学世界;2006年01期
4 张卫丽;李淑英;;表面活性剂的应用和发展[J];全面腐蚀控制;2005年06期
5 高健,葛蔚,李静海;浓度对表面活性剂胶团形状影响的分子动力学模拟[J];中国科学(B辑 化学);2005年03期
6 卫一龙,戎宗明,刘洪来,胡英;直链型非离子表面活性剂在油水界面吸附的动态Monte Carlo模拟[J];化工学报;2005年05期
7 何雪莲,史济斌,彭昌军,柳鹏辉,叶汝强;非离子表面活性剂溶液自聚集行为的Monte Carlo模拟[J];华东理工大学学报(自然科学版);2005年02期
8 刘俊吉,王创业,徐凌;表面活性剂在气/液界面上的吸附动力学[J];化学工业与工程;2005年01期
9 赵丰,杜玉扣,杨平,李兴长,唐季安;CTAB在云母表面吸附的AFM研究[J];中国科学(B辑 化学);2004年05期
10 王月星,鲁毅强,韩冬,王红庄;Gemini表面活性剂在固液界面的吸附[J];聊城大学学报(自然科学版);2003年03期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 张现仁;纳米圆柱孔材料的限定空间内流体的吸附及相行为[D];北京化工大学;2001年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 江蓉君;罗健辉;白瑞兵;江波;周歌;;多元体系油水界面上常见表面活性剂行为的分子动力学模拟[J];高等学校化学学报;2017年10期
2 卢淑霞;曾幸谊;杨宇洪;朱宏;;窄分布月桂醇聚氧乙烯(2)醚硫酸酯钠盐的研究[J];华南师范大学学报(自然科学版);2017年03期
3 李晨阳;;对表面活性剂化学结构与应用的探究[J];当代化工研究;2016年09期
4 查冰杰;秦诚诚;李江伟;张斌;韩世岩;;微纳米碳酸钙的制备与分析[J];广东化工;2016年20期
5 吕斌;高建静;;阴离子表面活性剂在制革工业中的应用[J];日用化学品科学;2016年10期
6 李岚;郝洪庆;石雄峰;;罗丹明6G同步荧光法测定水中微量十二烷基苯磺酸钠[J];化学试剂;2016年04期
7 薛春龙;曲广淼;韩颖;梁爽;单晨旭;吕鹏飞;丁伟;;2,3-二甲基-5-(5′-十六烷基)苯磺酸钠油水界面聚集行为的分子动力学模拟[J];化工科技;2016年01期
8 张瑞;涂锐;周金位;杨磊;彭林;叶仲斌;;单、双、三联季铵盐型表面活性剂的润湿反转能力[J];油田化学;2015年04期
9 张家伟;尹光彩;林亲铁;姬朋朋;;表面活性剂辅助植物修复重金属污染土壤研究进展[J];安徽农业科学;2015年22期
10 ZHENG ZhiYing;LI FengChen;LI Qian;KULAGIN Vladimir A;;Numerical study on the characteristics of natural supercavitation by planar symmetric wedge-shaped cavitators for rotational supercavitating evaporator[J];Science China(Technological Sciences);2015年06期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 郑凤仙;表面活性剂在固液界面及限制空间中的吸附和聚集行为的分子模拟研究[D];北京化工大学;2009年
2 吴志强;气体在纳米孔碳膜内吸附、扩散及分离的分子模拟研究[D];北京化工大学;2008年
3 邢德山;工业半焦吸附脱除烟气中SO_2和NO_x的研究[D];华北电力大学(河北);2007年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 丁伟;李思琦;宋晓伟;;基于分子动力学模拟的表面活性剂力场界面的构建及分析[J];化学通报;2014年10期
2 王峰;艾池;曲广淼;梁爽;;十二烷基磺丙基甜菜碱表面活性剂的气液界面聚集行为分子动力学模拟[J];计算机与应用化学;2014年07期
3 张光华;屈倩倩;朱军峰;卫颖菲;王鹏;付小龙;;聚羧酸盐SAS/MAA/APEG的制备与性能分析[J];高分子材料科学与工程;2014年04期
4 丁伟;高翔;;表面活性剂GROMOS53a6力场参数文件的构建[J];精细石油化工进展;2013年03期
5 米小慧;李小瑞;李培枝;王晨;;IA/AA/AMPS水煤浆分散剂的制备与表征[J];功能材料;2012年23期
6 段建平;吕生华;高瑞军;李第;曹强;;减水剂中磺酸基和羧基吸附特点及其影响因素探讨[J];混凝土;2012年01期
7 位东;李永肖;李文军;李巍;宋镕光;赵占奎;李月明;李东风;;酚醛树脂/蒙脱土纳米复合材料的制备及其泡沫的研究[J];化工新型材料;2011年10期
8 唐红娇;侯吉瑞;赵凤兰;刘必心;徐海霞;;油田用非离子型及阴-非离子型表面活性剂的应用进展[J];油田化学;2011年01期
9 李顺;余其俊;韦江雄;季亚军;;分子量及其分布对聚羧酸减水剂吸附行为的影响(英文)[J];硅酸盐学报;2011年01期
10 贺伟东;李瑞冬;葛际江;张贵才;李娜;;辛基酚聚氧乙烯醚磺酸盐的合成与界面张力的测定[J];石油化工高等学校学报;2010年04期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 李伟;亲水颗粒和短链双亲分子协同稳定的Pickering乳液[D];山东大学;2013年
2 岳同涛;生物膜—膜蛋白相互作用及纳米粒子跨膜输运的粗粒化模拟研究[D];北京化工大学;2012年
3 郑凤仙;表面活性剂在固液界面及限制空间中的吸附和聚集行为的分子模拟研究[D];北京化工大学;2009年
4 李鸣鹤;可聚合双亲分子的分子设计及纳米结构聚合物材料的制备[D];复旦大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 葛磊;两性离子型腐殖酸基接枝共聚物水煤浆分散剂的合成、性能及其作用机理研究[D];陕西科技大学;2015年
2 苏向荣;阴离子—非离子复配微乳液(O/W)清洗剂的制备及性能研究[D];陕西科技大学;2015年
3 刘志沛;分子模拟研究氟表面活性剂气/液界面结构[D];浙江理工大学;2015年
4 江依昊;甜菜碱型两性表面活性剂在固/液界面上吸附性能研究[D];东北石油大学;2014年
5 谷彩红;石灰岩矿物与化学组成及其在沥青路面结构中的应用研究[D];重庆交通大学;2014年
6 康延鹏;濮城原油微乳液相态特性实验研究[D];中国石油大学(华东);2014年
7 程云;一种三次采油用表面活性剂的合成研究及性能测定[D];南京理工大学;2014年
8 王昕;超低界面张力驱油体系的研制与评价[D];东北石油大学;2013年
9 米小慧;木质素/磺酸盐型三元共聚物水煤浆分散剂的制备及其性能研究[D];陕西科技大学;2013年
10 袁瑞;新型化学驱油剂的分子行为与性能研究[D];山东大学;2013年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 韩鹏飞;电喷法制备表面改性钛氧颗粒及电流变性能[D];大连理工大学;2016年
2 柯文昌;湿法磷酸制备氟化钾及副产二氧化硅用于缓控肥料的研究[D];武汉工程大学;2016年
3 张昕玮;缩聚改性腐植酸基水煤浆分散剂的合成及应用[D];陕西科技大学;2016年
4 李元博;长侧链聚羧酸盐在煤/水界面的吸附与流变性能的研究[D];陕西科技大学;2015年
5 葛建红;Na_2SO_3分级具有少量残留半纤维素的速生杨木[D];南京林业大学;2014年
6 肖亮;石英晶体微天平研究木质素磺酸盐在固液界面的吸附及构象[D];华南理工大学;2013年
7 黄恺;木质素基表面活性剂的吸附特性及用作三次采油牺牲剂的研究[D];华南理工大学;2013年
8 杨翠玲;坡缕石黏土对水相中木质素磺酸盐的吸附及污泥应用研究[D];西北师范大学;2013年
9 张盼;木质素磺酸盐的分离及降解[D];华南理工大学;2012年
10 耿振搏;废砂浆回收过程中吸附现象的研究[D];中国海洋大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杜志平;王万绪;;阴离子表面活性剂与阳离子表面活性剂的相互作用(Ⅱ)——稀溶液性质[J];日用化学工业;2006年04期
2 王世虎;邵红云;孙美娟;姚军;滕弘霓;;盐对阴阳离子表面活性剂水溶液相行为的影响[J];化工学报;2006年06期
3 卫一龙,戎宗明,刘洪来,胡英;嵌段聚醚非离子表面活性剂在油水界面吸附的动态Monte Carlo模拟[J];油田化学;2004年04期
4 张会臣,高玉周,孙昌国,刘莎,严立;离子束增强沉积纳米金属薄膜的摩擦特性[J];中国有色金属学报;2004年08期
5 郑薇;表面活性剂工业的技术进展[J];化工进展;2003年04期
6 李亚斌,张会臣,刘世永,严立;原子力显微镜针尖在试样表面滑动的力学模型[J];大连海事大学学报;2003年01期
7 刘岚;锌系磷化液的防腐应用[J];化工设计通讯;2002年02期
8 廖辉伟;“绿色”磷化工艺研究[J];表面技术;2002年02期
9 郭薇,魏莉,张昕彤,白玉白;云母表面金纳米颗粒单层膜的制备[J];高等学校化学学报;2001年12期
10 袁世炬,邓振强;含氟表面活性剂结构、特性及应用[J];湖北造纸;2001年03期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 赵晓红;张韫宏;;系列双亲卟啉在水溶液及盐溶液中的不同聚集行为[J];化学通报;2007年07期
2 路璐,谷峰,李春燕,刘术军,李红,宋溪明;室温离子液体中氯化十六烷基吡啶聚集行为的研究[J];辽宁大学学报(自然科学版);2005年02期
3 吴旭;蔡晓新;王金本;杨惠;史学峰;;盐对刷型两亲聚合物聚集行为的调控作用[J];物理化学学报;2013年02期
4 庞瑾瑜;吕鑫;张健;苑世领;徐桂英;;介观模拟方法研究高分子表面活性剂在水介质中的聚集行为[J];物理化学学报;2011年03期
5 孙焕泉;赵涛涛;曹绪龙;苑世领;王其伟;李雪松;徐桂英;;钙离子对4-(5'-十六烷基)苯磺酸钠在气/液表面聚集行为的影响[J];化学学报;2011年09期
6 赵道亮;王小群;;人员疏散中聚集行为的理论研究[J];上海应用技术学院学报(自然科学版);2013年01期
7 吴旭;林璟;谢晓旋;萧鸿华;杨惠;王金本;;空间位阻单元对两亲三元聚合物骨架构建及聚集行为的影响[J];功能高分子学报;2013年03期
8 肖童,穆劲,徐旭荣,华玉晶,杨孔章,张宝文;嵌入花生酸镉单层中的卟啉-紫精分子聚集行为的研究[J];化学学报;1996年01期
9 曹晓荣;;烷基聚氧乙烯醚在水溶液中的聚集行为[J];青岛科技大学学报(自然科学版);2009年06期
10 刘博闻;郭东升;宋保娥;刘育;;新型双阳离子卟啉的聚集行为及超声诱导的转换[J];中国科学:化学;2011年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 唐海秋;范雅珣;黄旭;Ross Strand;王毅琳;;小分子多元醇对阴离子表面活性剂聚集行为的影响[A];中国化学会第十四届胶体与界面化学会议论文摘要集-第2分会:溶液中的聚集与分子组装[C];2013年
2 黄旭;韩玉淳;王英雄;王毅琳;;含对硝基苯醚基团的阳离子表面活性剂在水溶液中的聚集行为[A];中国化学会第十一届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2007年
3 邢新明;刘光明;丁延伟;张广照;;聚(丙烯酰胺-双丙酮丙烯酰胺)在水溶液中的聚集行为研究[A];2013年全国高分子学术论文报告会论文摘要集——主题C:高分子结构与性能[C];2013年
4 史利娟;郑利强;;长链N-芳基咪唑离子液体在水中的聚集行为[A];中国化学会第十三届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2011年
5 王晓芳;倪华钢;王新平;;高分子在溶液中的聚集行为和固化过程对所形成表面结构的影响[A];2007年全国高分子学术论文报告会论文摘要集(上册)[C];2007年
6 李海涛;王美玲;张友玉;何炳林;;荧光探针方法研究壳聚糖和聚乙烯基吡咯烷酮在稀溶液中的聚集行为[A];中国化学会第12届反应性高分子(离子交换与吸附)学术研讨会会议论文摘要预印集(一)[C];2004年
7 徐桂英;李一鸣;陈贻建;;计算机模拟技术研究表面活性剂及其复配体系的聚集行为[A];中国化学会第十届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2004年
8 王月霞;黄晓玲;车玉菊;曹杰;谭业邦;;具有可逆凝胶效应聚合物在水溶液的聚集行为[A];中国化学会第十一届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2007年
9 曹晓荣;徐桂英;;星型多枝状嵌段聚醚的聚集行为[A];中国化学会第十一届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2007年
10 杜志平;王国永;王万绪;李萍;;支链有机硅表面活性剂在水溶液中的聚集行为研究[A];中国化学会第十四届胶体与界面化学会议论文摘要集-第2分会:溶液中的聚集与分子组装[C];2013年
中国博士学位论文全文数据库 前9条
1 杨轶;单链N-烷基二胺的溶液聚集行为及其环境刺激响应性研究[D];武汉大学;2012年
2 何方;添加剂对脱氧胆酸钠的聚集行为的影响[D];山东大学;2011年
3 颜利民;双尾单头型驱油用表面活性剂研究[D];江南大学;2017年
4 曹晓荣;水溶性高分子表面活性剂聚集行为[D];山东大学;2007年
5 吴旭;磺酸盐两亲无规聚合物的制备及其聚集行为研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 谭景林;阳离子有机硅表面活性剂的制备及其聚集行为研究[D];山东大学;2014年
7 袁成东;高温高盐油藏分散胶—表面活性剂驱油机理研究[D];西南石油大学;2016年
8 陈烨;利用光散射技术研究离子液体多元体系的聚集行为[D];东华大学;2011年
9 岳秀;溶液中非离子型植物甾醇表面活性剂的聚集行为[D];山东大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 孙楠;低聚型表面活性剂的非共价构筑及其聚集行为[D];山东大学;2015年
2 王维;水溶性卟啉的聚集行为及其金属配合物的光谱性质研究[D];山西大学;2014年
3 安兰芝;改性木质素胺阳离子表面活性剂合成及其溶液聚集行为研究[D];广西民族大学;2016年
4 赵冉冉;单细胞藻类在水体中聚集行为的环境因子解析[D];合肥工业大学;2017年
5 郝文莉;光响应离子液体表面活性剂的合成及性质研究[D];河南师范大学;2017年
6 薛春龙;联结基对两性双子表面活性剂溶液行为的影响研究[D];东北石油大学;2017年
7 张佳佳;功能化并三噻吩类低聚物聚集行为和微区电性质的研究[D];河南大学;2013年
8 张鑫;复配表面活性剂增溶洗脱修复多环芳烃污染土壤实验[D];中国矿业大学;2017年
9 尹金超;新型双重刺激响应型表面活性剂的合成及性能研究[D];江南大学;2017年
10 祝小华;表面活性剂复配体系对驱油过程的影响机制研究[D];北京化工大学;2017年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026