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物理化学学报  2017, Vol. 33 Issue (6): 1214-1222    DOI: 10.3866/PKU.WHXB201704075
论文     
双链阴离子表面活性剂1-烷基-癸基磺酸钠在气/液界面聚集行为:分子动力学模拟研究
陈贻建1,*(),周洪涛1,葛际江1,徐桂英2
1 中国石油大学(华东)石油工程学院,山东青岛266580
2 山东大学胶体与界面化学教育部重点实验室,济南250100
Aggregation Behavior of Double-Chained Anionic Surfactant 1-Cm-C9-SO3Na at Air/Liquid Interface: Molecular Dynamics Simulation
Yi-Jian CHEN1,*(),Hong-Tao ZHOU1,Ji-Jiang GE1,Gui-Ying XU2
1 College of Petroleum Engineering, China University of Petroleum(Huadong), Qingdao 266580, Shandong Province, P. R. China
2 Key Laboratory of Colloid and Interface Chemistry, Shandong University, Ministry of Education, Jinan 250100, P. R. China
 全文: PDF(2531 KB)   HTML 输出: BibTeX | EndNote (RIS) |
摘要:

采用分子动力学模拟方法研究了双链阴离子表面活性剂1-烷基-癸基磺酸钠(1-Cm-C9-SO3Na)在气/液界面的聚集行为。通过分析体系中各组分的密度分布和径向分布函数,考察了m大小对其界面性质的影响。结果表明:随着m的增大,表面活性剂的疏水性增强,疏水碳链的倾斜角也随之降低;m=4时,1-C4-C9-SO3Na分子采用平躺的方式在界面上聚集,S-Na+和S-S的相互作用最大,极性头基的水化能力最弱。通过模拟和实验对比得出,m增加到4个时,对该类双链阴离子表面活性剂性能的提高最显著。

关键词: 分子动力学模拟1-烷基-癸基磺酸钠(1-Cm-C9-SO3Na)气-液界面聚集行为    
Abstract:

The aggregation behavior of the double-chained anionic surfactant 1-alkyl-decyl sodium sulfonate (1-Cm-C9-SO3-Na) at the air/liquid interface was investigated using molecular dynamics simulation. The influences of the m value on the interfacial properties of the surfactant were compared using density profile and radial distribution function (RDF). The results showed that the hydrophobic ability of the surfactant increase and the slant angles of hydrophobic carbon chains decrease with increasing m. For m=4, the 1-C4-C9-SO3Na form aggregates by lying on the interface; the S-S and S-Na+ interactions are the highest for m=4 among all systems studied, while the hydration ability of its polar head is the weakest. The simulation and experimental results show that the interfacial performance is the best for 1-C4-C9-SO3Na.

Key words: Molecular dynamics simulation    1-Alkyl-decyl sodium sulfonate    Air/liquid interface    Aggregation behavior
收稿日期: 2016-10-13 出版日期: 2017-04-07
中图分类号:  O641  
基金资助: 山东省自然科学基金重点项目(ZR2014EZ002);国家自然科学基金项目(51574266)
通讯作者: 陈贻建     E-mail: chenyijiancs@126.com
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陈贻建
周洪涛
葛际江
徐桂英

引用本文:

陈贻建,周洪涛,葛际江,徐桂英. 双链阴离子表面活性剂1-烷基-癸基磺酸钠在气/液界面聚集行为:分子动力学模拟研究[J]. 物理化学学报, 2017, 33(6): 1214-1222.

Yi-Jian CHEN,Hong-Tao ZHOU,Ji-Jiang GE,Gui-Ying XU. Aggregation Behavior of Double-Chained Anionic Surfactant 1-Cm-C9-SO3Na at Air/Liquid Interface: Molecular Dynamics Simulation. Acta Physico-Chimica Sinca, 2017, 33(6): 1214-1222.

链接本文:

http://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.WHXB201704075        http://www.whxb.pku.edu.cn/CN/Y2017/V33/I6/1214

图1  1-Cm-C9-SO3Na的化学结构示意图及各原子上的电荷
图2  各体系模拟平衡时的构型
图3  各组分密度分布曲线
m 1-Cm-C9-SO3? Na+
Peak position Peak value Peak position Peak value
nm (g·cm?3) nm (g·cm?3)
01.888.741.236.64
21.9310.641.535.98
41.9311.171.587.83
61.9310.531.588.54
81.9310.441.438.80
91.9810.451.438.32
表1  密度分布图中1-Cm-C9-SO3?和Na+最高峰的位置及峰高
图4  碳链在界面上倾斜角的示意图
m Long carbon chain φ1/(°) Short carbon chain φ2/(°)
lz/nm l/nm lz/nm l/nm
00.331.0371.3???
20.691.0850.30.220.2632.2
40.491.1063.50.070.5282.3
60.691.1051.20.490.7549.2
80.681.1252.60.760.9637.7
90.611.1357.30.621.0353.3
表2  模拟平衡时碳链长度及其倾斜角
图5  模拟平衡时1-Cm-C9-SO3-在界面的结构状态
图6  1-Cm-C9-SO3Na的临界胶束浓度及表面压随碳链变化关系(45 ℃) 34
图7  体系中表面活性剂头基间以及与其它组分间的径向分布函数
m S-S S-Na+ S-Ow
Peakposition/nm Peak value Peakposition/nm Peak value The first peakposition/nm Peak value The second peakposition/nm Peak value
00.558.870.27564.870.2551.860.3352.32
20.498.55103.711.802.24
40.4919.17128.061.622.00
60.499.7281.661.782.16
80.578.0773.691.732.17
90.597.6270.331.712.18
表3  RDFs图中各峰的位置及峰高
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