油水界面上表面活性剂的脱附动力学及其离子调控

摘要

界面吸附/脱附过程是油水界面上表面活性剂聚集行为的关键限速步骤,探明其动力学特性对于揭示表面活性剂界面吸附及调控机制具有重要意义.本文采用耦合伞状采样的粗粒度分子动力学方法研究了癸烷-水界面上十二烷基硫酸钠(sodium dodecyl sulfate,SDS)分子的脱附过程,揭示了离子影响SDS分子界面脱附动力学及界面张力的微观机制.基于伞状采样模拟和Smoluchowski方程,获得了表面活性剂界面脱附自由能和脱附时间,实现了表面活性剂界面脱附动力学的定量描述;发现了离子对表面活性剂界面脱附具有抑制作用,表面活性剂的脱附自由能和脱附时间均随离子浓度增加而增大,揭示了其主要机制为离子静电屏蔽引起的表面活性剂分子间相互作用减弱,静电屏蔽更强的钙离子具有更显著的抑制效果;通过分析表面活性剂界面脱附和界面张力变化可知,SDS分子脱附能力与其降低界面张力的能力呈负相关关系,离子通过抑制SDS分子脱附减弱了其降低界面张力的能力,钙离子的影响更为显著.