界面張力的實(shí)驗(yàn)和分子模擬研究.pdf

1、界面張力是液體界面性質(zhì)的重要參數(shù)之一，也是重要的化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的化學(xué)工業(yè)以及本世紀(jì)迅速發(fā)展起來(lái)的現(xiàn)代高新技術(shù)領(lǐng)域都與界面現(xiàn)象密切相關(guān)，而界面(汽．液界面，液．液界面)張力作為研究界面現(xiàn)象的基礎(chǔ)和出發(fā)點(diǎn)，越來(lái)越受到人們的重視。本文從實(shí)驗(yàn)和動(dòng)力學(xué)模擬兩個(gè)角度分別對(duì)界面張力進(jìn)行研究。 本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了三種非離子有機(jī)硅表面活性劑DY-ET101、DY-ET102、DY-ET103和陰離子表面活性劑全氟壬氧基苯磺酸鈉(FBS)的混合

2、體系，溶液復(fù)配時(shí)在形成混合膠團(tuán)、降低表面張力能力、降低表面張力效率方面的增效作用。 由實(shí)驗(yàn)得到的表面張力濃度圖，求得不同配比下混合溶液的臨界膠束濃度cmc、臨界膠束濃度下的表面張力γ<,cmc>以及將水的表面張力降低20mN/m時(shí)對(duì)應(yīng)的表面活性劑濃度的負(fù)對(duì)數(shù)pC<,20>值，結(jié)果表明： 三種有機(jī)硅表面活性劑和FBS混合后的γ<,cmc>比純FBS的高，所以三種復(fù)配體系在降低表面張力能力方面沒(méi)有增效作用；DY-ET101、

3、DY-ET102與FBS復(fù)配后的cmc變小，而DY-ET103與．FBS混合后的cmc沒(méi)有明顯的變化，則表明DY-ET101、DY-ET102與FBS的復(fù)配體系具有形成膠團(tuán)能力的增效作用而DY-ET103與FBS的復(fù)配體系則沒(méi)有增效作用；DY-ET101、DY-ET102與FBS復(fù)配后的pC<,20>值變大，而DY-ET103與FBS的體系pC<,20>值沒(méi)有明顯變化，表明DY-ET101、DY-ET102與：FBS復(fù)配體系具有降低表面

4、張力效率的增效作用而DY-ET103與FBS的復(fù)配體系則沒(méi)有。 模擬部分應(yīng)用DPD耗散粒子動(dòng)力學(xué)模擬，選用WSG關(guān)聯(lián)式計(jì)算DPD排斥力參數(shù)，在基本粒子數(shù)目m取1、2、3時(shí)，對(duì)十幾種液體與水混合體系的液液界面張力進(jìn)行動(dòng)力學(xué)模擬，結(jié)果如下： 對(duì)界面張力實(shí)驗(yàn)值大于45mN/m的液液體系如四氯化碳、辛烷、正己烷與水體系進(jìn)行模擬研究發(fā)現(xiàn)，在基本粒子數(shù)目m取2、3時(shí)DPD的模擬計(jì)算的界面張力數(shù)值才能與該物系的界面張力實(shí)驗(yàn)值相符(癸烷

5、水體系在m=2時(shí)處于分散對(duì)界面張力實(shí)驗(yàn)值在25-45mN/m范圍內(nèi)的液液體系如硝基苯、苯、甲苯與水體系進(jìn)行模擬研究發(fā)現(xiàn)，在基本粒子數(shù)目m取1時(shí)DPD模擬計(jì)算的界面張力數(shù)值才能與該物系的界面張力實(shí)驗(yàn)值相符。 對(duì)界面張力實(shí)驗(yàn)值在小于25mN/m的液液體系如硝基甲烷、辛醇、乙醚、乙酸乙酯、戊醇、甲基丁基酮與水體系進(jìn)行模擬研究發(fā)現(xiàn)：只有硝基甲烷與水在基本粒子數(shù)目m取1時(shí)模擬的界面張力與實(shí)驗(yàn)值相符，其它的幾個(gè)物系在基本粒子數(shù)目m取1、2、

6、3時(shí)DPD模擬計(jì)算的界面張力數(shù)值與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)誤差皆在200﹪以上，即不適于用該方法來(lái)計(jì)算模擬界面張力實(shí)驗(yàn)值小于25mN/m的液液體系。 對(duì)于界面張力實(shí)驗(yàn)值小于25mN/m的液液體系，本文提出基本粒子數(shù)目m取值可以小于1，并改用GW關(guān)聯(lián)式計(jì)算DPD排斥力參數(shù)，進(jìn)行動(dòng)力學(xué)模擬得到的界面張力與實(shí)驗(yàn)值相吻合。因此，對(duì)于界面張力很小的液液混合體系可以在設(shè)定m小于1的情況下進(jìn)行模擬計(jì)算。 另外，本文對(duì)于基本粒子數(shù)m取值更大時(shí)