表面活性剂溶液在多孔介质中受限行为的GEMC模拟

摘要

理论分析、实验测定及模拟计算已成为现代科学研究的三种主要方法。随着计算机技术的飞速发展，目前分子模拟技术在许多领域起着越来越重要的作用。本论文中，通过Monte Carlo模拟方法研究了超临界二氧化碳/表面活性剂的混合物在狭缝孔中的吸附。模拟得到体系的吸附等温线。用表面活性剂在狭缝孔中的受限性质如：吸附层结构来解释吸附行为。NPT和FP-GEMC模拟方法用来模拟谷粒模型表面活性剂和二氧化碳的混合溶液。本文的主要研究内容如下：
　　 1.用NPT MC的方法模拟了表面活性剂/SC-CO2混合物流体的主体相行为。分析表面活性剂自组装的结构得到表面活性剂在超临界条件下的主体相行为。通过对表面活性剂化学势研究的分析，估算出超临界二氧化碳溶液中这种模型表面活性剂的临界胶束浓度(CMC)。
　　 2.用NPT-GEMC的方法模拟了模型表面活性剂/超临界二氧化碳流体在狭缝孔中的吸附行为。基于二氧化碳和表面活性剂在狭缝孔表面的密度分布，构型图，来描述二氧化碳和表面活性剂的混合物在狭缝孔中的吸附和自组装行为。吸附等温线是阶梯状的：50 A狭缝孔中的吸附等温线是三阶曲线，而30 A的只是二阶曲线。表面活性剂在不同尺径的狭缝孔中的吸附等温线和界面胶束的结构和实验研究一致。为了了解吸附机理研究了狭缝孔中的胶束大小分布，由此得出结论：吸附量阶梯性的增加和狭缝孔中胶束的形状是息息相关的。研究了不同作用力的表面对吸附行为的影响。模拟结果显示作用力的变化会改变吸附等温线的形状。曲线拟和的吸附等温线的跳跃浓度点和吸附量的结果和模拟所得的结果基本相一致。