烷基苯磺酸盐界面结构与性质的理论研究

石油是不可再生的资源，对一个国家的经济和国防均具有重大的影响。化学驱是提高现有石油采收率的主要手段。而表面活性剂的研究在化学驱技术中占有十分重要的地位，成为国内外研究的热点。然而，驱油用表面活性剂的复杂性，不同产地原油性质的差异性等诸多因素的不确定性导致我们对表面活性剂在降低油/水界面张力过程中的结构与性能关系上仍然缺乏深入的认识。因此，本项目以不同分支结构的烷基苯磺酸盐为研究对象，利用量子化学、分子力学和分子动力学相结合的方法，对驱油表面活性剂分子结构及其在气/水表面和油/水界面上的行为进行基础科学研究，从而阐明表面活性剂界面结构与性质间的关系，设计高效驱油表面活性剂。本项目旨在从原子或分子水平上探讨表面活性剂分子在气/水表面和油/水界面层中的微观结构和宏观性质间的构效关系，为驱油表面活性剂体系的研究提供新的方法和思路，为强化采油中驱油表面活性剂的筛选和有效应用提供理论基础。

表面活性剂驱是提高驱油效率的一种重要方式。表面活性剂的主要功能是降低油水界面的界面张力到超低值(< 10-3 mN/m)。为了设计和合成最优化的表面活性剂，深入洞察调节界面特点的潜在机理是非常必要的。而驱油用表面活性剂的复杂性，不同产地原油性质的差异性等诸多因素的不确定性导致我们对表面活性剂在降低油/水界面张力过程中的结构与性能关系上仍然缺乏深入的认识，为此，本项目利用量子化学、分子力学和分子动力学相结合的方法，研究了系列烷基苯磺酸盐驱油表面活性剂在气/水表面和油/水界面上的结构与性质。具体包括利用分子模拟方法研究纯水和油表面的结构和性质，以及油/水界面结构和性质，与实验结果相比较，确定模拟条件和参数，查找影响界面性质的因素；利用量子化学方法研究系列直链和多分支烷基苯磺酸钠表面活性剂的几何结构和电子结构，为表面活性剂单分子层在气/水表面，油/水界面模型的建立奠定基础；量化优化的结果可以提供动力学模拟的电荷参数信息；重点拟合了这类烷基苯磺酸盐的力场参数；利用分子动力学模拟方法研究了表面活性分子在气/水和油/水界面的结构与性质关系。本项目工作的重要成果在于首次利用全原子模型来模拟表面活性剂在气/水表面和油/水界面上的结构与性质；结合实验组的研究工作，我们在理论上得到的模拟结果给实验工作以重要补充，为驱油表面活性剂体系的研究提供新的方法和思路。