界面張力的實驗和分子模擬研究.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)以及本世紀迅速發(fā)展起來的現(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，越來越受到人們的重視。本文從實驗和動力學(xué)模擬兩個角度分別對界面張力進行研究。 本文通過實驗研究了三種非離子有機硅表面活性劑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)配時在形成混合膠團、降低表面張力能力、降低表面張力效率方面的增效作用。 由實驗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時對應(yīng)的表面活性劑濃度的負對數(shù)pC<,20>值，結(jié)果表明： 三種有機硅表面活性劑和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能力的增效作用而DY-ET103與FBS的復(fù)配體系則沒有增效作用；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)配體系則沒有。 模擬部分應(yīng)用DPD耗散粒子動力學(xué)模擬，選用WSG關(guān)聯(lián)式計算DPD排斥力參數(shù)，在基本粒子數(shù)目m取1、2、3時，對十幾種液體與水混合體系的液液界面張力進行動力學(xué)模擬，結(jié)果如下： 對界面張力實驗值大于45mN/m的液液體系如四氯化碳、辛烷、正己烷與水體系進行模擬研究發(fā)現(xiàn)，在基本粒子數(shù)目m取2、3時DPD的模擬計算的界面張力數(shù)值才能與該物系的界面張力實驗值相符(癸烷

5、水體系在m=2時處于分散對界面張力實驗值在25-45mN/m范圍內(nèi)的液液體系如硝基苯、苯、甲苯與水體系進行模擬研究發(fā)現(xiàn)，在基本粒子數(shù)目m取1時DPD模擬計算的界面張力數(shù)值才能與該物系的界面張力實驗值相符。 對界面張力實驗值在小于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時模擬的界面張力與實驗值相符，其它的幾個物系在基本粒子數(shù)目m取1、2、

6、3時DPD模擬計算的界面張力數(shù)值與實驗值進行比較發(fā)現(xiàn)誤差皆在200﹪以上，即不適于用該方法來計算模擬界面張力實驗值小于25mN/m的液液體系。 對于界面張力實驗值小于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)式計算DPD排斥力參數(shù)，進行動力學(xué)模擬得到的界面張力與實驗值相吻合。因此，對于界面張力很小的液液混合體系可以在設(shè)定m小于1的情況下進行模擬計算。 另外，本文對于基本粒子數(shù)m取值更大時