[发明专利]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

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

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，本发明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。