一种基于分子动力学模拟烷基苯磺酸盐表面活性剂油水界面特性的评价方法技术

本发明专利技术公开了一种基于分子动力学模拟烷基苯磺酸盐表面活性剂油水界面特性的评价方法，首先采用软件建立烷基苯磺酸盐的分子结构模型，然后利用软件进行量子化学计算进而获得最优化烷基苯磺酸盐的分子构象和全原子结构电荷参数，对烷基苯磺酸盐分子结构进行优化获得最优化的键长、键角和二面角分子拓扑结构参数，利用分子堆积软件建立油相分子、水分子及烷基苯磺酸盐的体系模型，最后利用分子动力学计算软件对模拟体系进行分子动力学计算，对烷基苯磺酸盐油水界面特性进行评价。本发明专利技术所述方法可以从分子和原子尺度阐明化学驱用烷基苯磺酸盐类表面活性剂的油水界面微观作用机理，为烷基苯磺酸盐在油田化学驱领域应用提供一定的理论指导。

An evaluation method of oil-water interface characteristics of alkylbenzene sulfonate surfactants based on molecular dynamics simulation

【技术实现步骤摘要】
一种基于分子动力学模拟烷基苯磺酸盐表面活性剂油水界面特性的评价方法
本专利技术涉及化学驱用烷基苯磺酸盐表面活性剂油水界面和自组装特性研究领域，具体涉及一种基于分子动力学模拟中烷基苯磺酸盐表面活性剂油水界面特性的评价方法。
技术介绍
表面活性剂因其独特的两亲结构，通过改变岩石润湿性、降低油/水界面张力、改善渗吸过程等机理从而大幅度提高采收率，作为重要组分在活性水驱、表面活性剂/聚合物二元驱、表面活性剂/聚合物/碱三元复合驱等化学驱增产技术中起着极为重要的作用。高效、低成本表面活性剂研制和开发一直是化学驱表面活性剂的热点和难题，表面活性剂降低油/水界面张力能力是评价和筛选化学驱表面活性剂的重要依据。化学驱表面活性剂分子在油/水界面具有独特的自组装行为，从原子/分子水平阐明其动力学机制进而明晰构效关系，对于化学驱表面活性剂分子设计、筛选及作用机理等研究极为关键。化学驱表面活性剂应用体系的复杂性，通过实验方法很难区分界面与体相进行研究，无法分子水平对表面活性剂油/水界面特性和自组装行为进行表征和描述。而且传统实验方法、热力学分析法无法在分子层面得到微观信息，又能避开实际实验研究中不利因素影响，很难将界面与体相区分开进行研究，较为快速的获得烷基苯磺酸盐表面活性剂油水界面特性及微观作用机理。
技术实现思路
1、所要解决的技术问题：现有的传统实验方法、热力学分析法在对表面活性剂油水界面特性的评价上存在着缺陷，评价结果不准确，评价时间周期长，无法从原子尺度解释烷基苯磺酸盐的油水界面微观作用机理。2、技术方案：为了解决以上问题，本专利技术提供了一种基于分子动力学模拟烷基苯磺酸盐表面活性剂油水界面特性的评价方法，包括以下步骤；步骤S01：初始模型的构建：采用软件建立烷基苯磺酸盐表面活性剂的分子结构模型；然后利用软件进行量子化学计算进而获得最优化烷基苯磺酸盐表面活性剂的分子构象和全原子结构电荷参数；然后对烷基苯磺酸盐表面活性剂的分子结构进行优化获得最优化的键长、键角和二面角分子拓扑结构参数；最后利用软件建立油相分子、水分子和烷基苯磺酸盐表面活性剂的体系模型；步骤S02：平衡构型的计算：利用分子动力学计算软件对所建立的模拟体系进行分子动力学计算，首先采用最速下降法使体系能量最小化，然后采用使用正则系综进行动力学模拟，使体系产生初速度，然后在等温等压系统下进行动力学计算；步骤S03：油水界面性能的分析：通过研究模拟体系中烷基苯磺酸盐表面活性剂在油水界面的液分布状况，利用界面密度、界面形成能、径向分布函数、氢键数量和序参数性能评价参数，对烷基苯磺酸盐表面活性剂油水界面特性进行评价。所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸盐表面活性剂。在步骤S01中，采用Avogadro软件建立烷基苯磺酸盐表面活性剂的分子结构模型。在步骤S01中，利用GAMESS(US)软件进行量子化学计算进而获得最优化烷基苯磺酸盐表面活性剂的分子构象和全原子结构电荷参数。在步骤S01中，采用ATB2.0对烷基苯磺酸盐表面活性剂的分子结构进行优化获得最优化的键长、键角和二面角分子拓扑结构参数。水分子使用SPC/E模型，油相分子分子构象和全原子结构电荷参数由ATB2.0直接获得。利用分子堆积软件Packmol软件建立油相分子、水分子和烷基苯磺酸盐表面活性剂的体系模型。在步骤S02中，利用分子动力学计算软件Gromacs5.0.7选择Gromos53a6力场对所建立的模拟体系进行分子动力学计算。3、有益效果：本专利技术提供了一种基于分子动力学模拟中烷基苯磺酸盐表面活性剂油水界面特性的评价方法，通过构建模型、模型计算等获得油水界面性能评价数据，利用界面密度、界面形成能、径向分布函数、氢键数量和序参数等性能评价参数，对烷基苯磺酸盐表面活性剂油水界面特性进行评价。本专利技术所提供的评价方法，评价结果准确，评价时间周期短，可以从原子尺度解释烷基苯磺酸盐的油水界面微观作用机理，不仅在更精细原子/分子水平上为深入阐明化学驱表面活性剂降低油/水界面张力机制提供基础理论依据，而且将完善和丰富胶体与界面化学和化学驱基础理论，为研究此类结构表面活性剂体系油水界面性质提供一定的理论指导。附图说明图1为十二烷基苯磺酸钠表面活性剂分子优化后联合化原子构型。图2为十二烷基苯磺酸钠表面活性剂油水界面初始构型。图3为十二烷基苯磺酸钠表面活性剂油水界面平衡构型。图4为十二烷基苯磺酸钠表面活性剂油水界面的密度分布。图5为十二烷基苯磺酸钠表面活性剂油水界面磺酸基与水分子间径向函数分布曲线。图6为十二烷基苯磺酸钠表面活性剂油水界面疏水链与正癸烷分子间径向函数分布曲线。图7为十二烷基苯磺酸钠表面活性剂油水界面疏水基序参数的变化曲线。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术做进一步的说明本专利技术所选用的烷基苯磺酸钠表面活性剂油水界面均为商业产品。下面以十二烷基苯磺酸钠表面活性剂在油水界面模拟过程为例，对本专利技术做进一步的说明。实施例1一种基于分子动力学模拟中烷基苯磺酸盐表面活性剂油水界面特性的评价方法，具体包括以下步骤：步骤S01：初始模型的构建采用Avogadro软件建立烷基苯磺酸盐表面活性剂的分子结构模型，然后利用GAMESS(US)软件进行量子化学计算进而获得最优化烷基苯磺酸盐表面活性剂的分子构象和全原子结构电荷参数，采用ATB2.0（分子拓扑结构生成软件）对烷基苯磺酸盐表面活性剂的分子结构进行优化获得最优化的键长、键角和二面角等分子拓扑结构参数，初始构型如图1所示。参照文献资料，确定烷基苯磺酸盐表面活性剂的初始个数，实施例中选择十二烷基苯磺酸盐的个数为120个，选用正癸烷为油相分子，分子构象和全原子结构电荷参数由ATB2.0直接获得，水分子采用SPC/E模型，建立含5000个水分子、1000个正癸烷分子和十二烷基苯磺酸盐分子的油水界面模型，为了保证模拟体系的系统周期性，十二烷基苯磺酸盐分子对称放置，亲水头基插入水分子层中，疏水基团置于正癸烷分子一侧平行于Z轴，盒子尺寸为5.0nm×5.0nm×18.0nm，结构如图2所示。步骤S02：平衡构型的计算利用分子动力学计算软件Gromacs5.0.7选择Gromos53a6力场对所建立的模拟体系进行分子动力学计算，采用最速下降法使体系能量最小化之后，使用NVT(正则系综)进行100ps的动力学模拟，使模拟体系在318.15K的温度下产生初速度，然后在NPT（等温等压）系统下进行1ns的动力学模拟以确保体系密度合理，热浴控温方式使用VelocityRescaling，压浴控压方式采用Berendsen，弛豫时间分别为0.1和0.5ps。最后进行100ns的NPT模拟，控温使用Nose-Hoover热浴、控压采用ParrinelloRahman，弛豫时间分别为0.5和4.0ps，模拟采用步长为2fs，NPT控压方式采用各项同性（iso本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于分子动力学模拟烷基苯磺酸盐表面活性剂油水界面特性的评价方法，包括以下步骤；步骤S01：初始模型的构建：采用软件建立烷基苯磺酸盐表面活性剂的分子结构模型；然后利用软件进行量子化学计算进而获得最优化烷基苯磺酸盐表面活性剂的分子构象和全原子结构电荷参数；然后对烷基苯磺酸盐表面活性剂的分子结构进行优化获得最优化的键长、键角和二面角分子拓扑结构参数；最后利用软件建立油相分子、水分子和烷基苯磺酸盐表面活性剂的体系模型；步骤S02：平衡构型的计算：利用分子动力学计算软件对所建立的模拟体系进行分子动力学计算，首先采用最速下降法使体系能量最小化，然后采用使用正则系综进行动力学模拟，使体系产生初速度，然后在等温等压系统下进行动力学计算；步骤S03：油水界面性能的分析：通过研究模拟体系中烷基苯磺酸盐表面活性剂在油水界面的液分布状况，利用界面密度、界面形成能、径向分布函数、氢键数量和序参数性能评价参数，对烷基苯磺酸盐表面活性剂油水界面特性进行评价。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于分子动力学模拟烷基苯磺酸盐表面活性剂油水界面特性的评价方法，包括以下步骤；步骤S01：初始模型的构建：采用软件建立烷基苯磺酸盐表面活性剂的分子结构模型；然后利用软件进行量子化学计算进而获得最优化烷基苯磺酸盐表面活性剂的分子构象和全原子结构电荷参数；然后对烷基苯磺酸盐表面活性剂的分子结构进行优化获得最优化的键长、键角和二面角分子拓扑结构参数；最后利用软件建立油相分子、水分子和烷基苯磺酸盐表面活性剂的体系模型；步骤S02：平衡构型的计算：利用分子动力学计算软件对所建立的模拟体系进行分子动力学计算，首先采用最速下降法使体系能量最小化，然后采用使用正则系综进行动力学模拟，使体系产生初速度，然后在等温等压系统下进行动力学计算；步骤S03：油水界面性能的分析：通过研究模拟体系中烷基苯磺酸盐表面活性剂在油水界面的液分布状况，利用界面密度、界面形成能、径向分布函数、氢键数量和序参数性能评价参数，对烷基苯磺酸盐表面活性剂油水界面特性进行评价。


2.如权利要求1所述的评价方法，其特征在于：所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸盐表面活性剂。


3.如权利要求1或2所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲广淼，蔡源，姜丽萍，关琦，杨福兴，杨小燕，张斌，
申请(专利权)人：南京科技职业学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32