編號：NMJS09271
篇名：基于分子動力學的鈉離子與納米二氧化硅表面的相互作用過程模擬
作者：張鳳娟 張磊 呂振虎 麥爾耶姆古麗·安外爾 余維初 王牧群 董景鋒 莊為杰
關鍵詞： 分子模擬 納米SiO2 鈉離子 水合離子 表面作用
機構： 中國石油新疆油田分公司工程技術研究院 中國地質大學油氣勘探開發(fā)理論與技術湖北省重點實驗室 長江大學化學與環(huán)境工程學院
摘要： 認識鹽水中的Na+對納米SiO2的作用過程,可為優(yōu)化納米SiO2在石油開采領域的應用參數提供依據。以無定形納米SiO2粒子為研究對象,構建了一種既有飽和穩(wěn)定的硅醇基團,又有脫質子化的硅醇基團的納米SiO2粒子模型。通過分子模擬方法,刻畫了Na+在納米SiO2表面的運移特征、擴散行為、對氫鍵的影響以及體系中的相互作用能。結果表明,在納米SiO2-NaCl溶液體系中,當Na+運移至距納米SiO2粒子表面6.540A時,短程力開始起作用;當Na+運移至距納米SiO2粒子表面2~3A時,二者發(fā)生電荷交換,Na+產生振蕩運動。在NaCl質量濃度為3 g/L時,Na+與水分子主要進行水合作用,形成穩(wěn)定的溶劑化層,Na+與納米SiO2粒子之間的作用力弱,Na+更易在溶液中擴散。隨著NaCl質量濃度增至7 g/L,Na+突破溶劑化層,和水分子一起被吸附到納米SiO2粒子的表面,發(fā)生電荷置換,Na+的運移能力減弱,擴散系數由1.39×10-4A2/ps下降至3.75×10-5A2/ps,斯特恩層的厚度由0.88A下降至0.72A,亥姆霍茲層的厚度由0.64A下降至0.20A,納米SiO2與Na+之間的相互作用能由-14 000 kcal/mol變?yōu)?22 000 kcal/mol,納米SiO2的穩(wěn)定性逐漸被破壞。Na+與納米SiO2粒子的靜電相互作用是影響納米SiO2粒子表面性質的主要作用力,氫鍵和范德華力則是次要作用力。研究結果可為納米SiO2材料在油氣開采領域及其他相關行業(yè)的應用提供基礎理論認識。
