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基于分子模拟的丙烯酰胺/丙烯酸钠/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠共聚物耐温机理
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作者 胡晓娜 伊卓 +3 位作者 刘希 张瑞琪 李雅婧 杨金彪 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第1期157-164,共8页
为了在分子原子尺度研究在高温环境中聚丙烯酰胺溶液性能,通过实验方法与分子动力学模拟相结合,建立部分水解聚丙烯酰胺(partially hydrolyzed polyacrylamide,HPAM)和丙烯酰胺-丙烯酸钠-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠(AM/AANa/AMPSNa)... 为了在分子原子尺度研究在高温环境中聚丙烯酰胺溶液性能,通过实验方法与分子动力学模拟相结合,建立部分水解聚丙烯酰胺(partially hydrolyzed polyacrylamide,HPAM)和丙烯酰胺-丙烯酸钠-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠(AM/AANa/AMPSNa)共聚物[acrylamide/sodium acrylate/2-acrylamide-2-methylpropanesulfonate sodium copolymer,P(AM/AANa/AMPSNa)]分子模型。从聚合物分子链刚柔性、氢键、水化层、相互作用能以及盐阳离子影响等方面,系统研究了两种聚合物在高温下的溶液性质,并阐释P(AM/AANa/AMPSNa)耐温作用微观机理。研究结果表明,在P(AM/AANa/AMPSNa)分子链上引入含甲基和磺化基团的侧链后,分子链刚性增加,同时磺酸基团与水形成更多的氢键且寿命更长;同时,强极性的磺酸基团使其水化层更加致密,阻碍了高温下阳离子对P(AM/AANa/AMPSNa)的静电屏蔽作用;不同温度条件下P(AM/AANa/AMPSNa)分子间非键相互作用更强,微观上分子链具有更强保水作用,宏观上具有更高黏度。 展开更多
关键词 聚合物 溶液 动力学 分子模拟 微尺度
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陆相页岩有机质-黏土矿物复合孔隙体系中多组分烃类-水混合物赋存的分子模拟--以四川盆地侏罗系自流井组大安寨段为例
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作者 任文希 曾小军 +2 位作者 王光付 郭建春 刘彧轩 《石油与天然气地质》 北大核心 2025年第1期304-314,共11页
针对四川盆地侏罗系陆相页岩气烃类组成多样的特点,建立了干酪根狭缝孔、伊利石狭缝孔和复合孔组成的有机质-黏土矿物复合孔隙体系分子模型。通过分子动力学模拟,研究了湿气在复合孔隙体系中的微观赋存特征及其影响因素。研究发现:①压... 针对四川盆地侏罗系陆相页岩气烃类组成多样的特点,建立了干酪根狭缝孔、伊利石狭缝孔和复合孔组成的有机质-黏土矿物复合孔隙体系分子模型。通过分子动力学模拟,研究了湿气在复合孔隙体系中的微观赋存特征及其影响因素。研究发现:①压力较低时,烃类分子会优先占据复合孔中靠近干酪根壁面的孔隙空间;而在高压条件下,分子数增加,较重的烃类分子会优先占据复合孔中靠近干酪根壁面的孔隙空间,使得轻质烃类只能在伊利石壁面处赋存。②在相同压力条件下,孔径越大,孔隙空间越大,可以容纳的烃类分子越多。③高压条件下水分子之间相互作用增强,并在氢键作用下聚集成团,团状水簇可赋存在干酪根表面,或游离于复合孔中,或形成水膜附着于伊利石表面。④有机质-黏土矿物复合孔隙体系中的有机质孔隙、复合孔和黏土矿物孔隙均对烃类赋存有贡献。相对于有机质孔隙,复合孔和黏土矿物孔隙能够容纳更多烃类分子,且以轻质烃类为主,含气性和可动性更好。 展开更多
关键词 干酪根 伊利石 湿气 分子模拟 复合孔隙体系 陆相页岩气 四川盆地
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页岩变形干酪根中甲烷吸附-解吸特征分子模拟
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作者 黄亮 徐侦耀 +6 位作者 陈秋桔 田宝华 杨琴 冯鑫霓 曲自硕 杨哲 安思润 《石油与天然气地质》 北大核心 2025年第3期995-1005,共11页
目前干酪根中甲烷吸附-解吸行为研究主要基于固定孔隙结构开展,干酪根孔隙变形对甲烷吸附-解吸的影响规律和作用机制尚不十分清楚。采用分子模拟方法研究了页岩干酪根中甲烷吸附-解吸行为及耦合的孔隙变形特征。构建和表征了干酪根纳米... 目前干酪根中甲烷吸附-解吸行为研究主要基于固定孔隙结构开展,干酪根孔隙变形对甲烷吸附-解吸的影响规律和作用机制尚不十分清楚。采用分子模拟方法研究了页岩干酪根中甲烷吸附-解吸行为及耦合的孔隙变形特征。构建和表征了干酪根纳米孔隙模型,研究了压力对干酪根变形的影响规律;用蒙特卡洛和分子动力学耦合方法,分析了甲烷吸附与干酪根变形的耦合特征;基于高压下吸附平衡的干酪根模型,进行了甲烷解吸模拟,研究了甲烷解吸滞后特征及解吸滞后成因。研究结果表明:①ⅡD型干酪根中极微孔为运移主通道,孤立的超微孔受孔隙变形影响具有运移潜力。②干酪根孔隙结构在压力上升和下降循环中基本上有可逆变化规律。③干酪根吸附变形过程分为体积膨胀和孔隙重组2个阶段。④结构变形可提高甲烷吸附能力,甲烷选择性吸附于干酪根中非均质的强亲和性位点,导致干酪根孔隙空间发生明显改变。⑤干酪根变形结构中观察到较小的解吸滞后环,孔隙变形是解吸滞后的重要诱因,吸附-解吸热力学差异与毛管凝聚效应不是甲烷解吸滞后现象产生的原因。 展开更多
关键词 吸附 解吸滞后 变形 分子模拟 干酪根 页岩气
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C_(12)H_(25)-(HG)亲水基团对无烟煤润湿影响的试验和分子模拟
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作者 张江石 贾宏福 +4 位作者 任晓锋 王亚南 张琪 佟林全 王彦辉 《煤炭学报》 北大核心 2025年第4期2175-2187,共13页
表面活性剂被广泛应用于水基降尘技术,其润湿煤尘的主控因子为亲水基团(HG)。为明确表面活性剂中HG对煤尘润湿性的影响,通过宏观润湿性能测试、量子化学计算(DFT),并结合分子模拟,探究了十二烷基型表面活性剂(C_(12)H_(25)-[HG])常见亲... 表面活性剂被广泛应用于水基降尘技术,其润湿煤尘的主控因子为亲水基团(HG)。为明确表面活性剂中HG对煤尘润湿性的影响,通过宏观润湿性能测试、量子化学计算(DFT),并结合分子模拟,探究了十二烷基型表面活性剂(C_(12)H_(25)-[HG])常见亲水基团(SO_(4)^(-)、PO_(4)H、OH、COO^(-))在无烟煤表面润湿差异及固-液界面调控机制。结果表明:亲水基团对无烟煤的润湿效果排序为:SO_(4)^(-) > COO-> PO4H > OH;HG吸附至无烟煤表面,相对增加了疏水位点C—O质量分数,易形成氢键,有助于改善无烟煤润湿性;无烟煤中大部分正负电势区域都小于水分子之间的正负电势极值是无烟煤润湿性差的内在原因,HG与水分子的极值差(ΔESP)与接触角呈线性负相关,可作为评价表面活性剂润湿性能的参考指标;表面活性剂溶液-煤微观润湿界面中,根据径向分布函数(RDF)判断含不同HG的表面活性剂在无烟煤界面的吸附能力依次为:SO_(4)^(-) > COO^(-)> OH >PO_(4)H;相比于其他亲水基团,HG(SO_(4)^(-)),煤与水的相互作用能最大,氢键数目最多,水分子扩散系数提高了46.3%,吸附量增加了27.43%;HG一方面与水分子具有较强的相互作用,易形成强氢键,另一方面其吸附于煤-水界面,增强了水分子向煤表面的扩散系数,导致水分子吸附量增大,进而强化了煤尘润湿性;筛选或设计降尘剂时,可考虑引入强极性HG(SO_(4)^(-))以提高无烟煤润湿效率。研究结果为矿井粉尘治理中表面活性剂的应用提供理论依据和参考。 展开更多
关键词 无烟煤 润湿性 表面活性剂 亲水基团 分子模拟
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三元共聚物稠油降黏剂的合成及分子模拟研究 被引量:1
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作者 乔亮 李尚 +3 位作者 刘新亮 王明 张沛 侯影飞 《化工学报》 北大核心 2025年第7期3686-3695,共10页
油溶性降黏剂因能耗低、操作简便,被认为是稠油开采和运输过程中极具应用前景的降黏剂,但存在降黏效率低、降黏机理尚不明确等问题。以甲基丙烯酸十八酯、甲基丙烯酸苄酯和马来酸酐为单体,通过自由基聚合反应合成了三元共聚物降黏剂SBM... 油溶性降黏剂因能耗低、操作简便,被认为是稠油开采和运输过程中极具应用前景的降黏剂,但存在降黏效率低、降黏机理尚不明确等问题。以甲基丙烯酸十八酯、甲基丙烯酸苄酯和马来酸酐为单体,通过自由基聚合反应合成了三元共聚物降黏剂SBM,探究其降黏效果,采用分子动力学模拟方法对其在不同类型稠油中的降黏过程进行微观机理研究。研究结果表明,该降黏剂对胜利稠油降黏效果最好,表观降黏率可达66.67%,净降黏率可达27.34%;对原油1的降黏效果优于原油2,在原油1中降黏效果主要与π-π相互作用有关,在原油2中降黏效果主要与氢键相关。 展开更多
关键词 稠油 油溶性降黏剂 动力学 分子模拟 聚合物 合成
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准格尔6号煤中锂选择性吸附的分子模拟研究
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作者 张俊爽 孙蓓蕾 +1 位作者 张彬 刘超 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第9期88-98,共11页
【目的】随着煤系金属矿床的发现,煤中锂分布和赋存规律已经引起了广泛关注,然而锂在煤有机结构和矿物中的分配模式尚未明确。【方法】以内蒙古准格尔煤田典型高锂煤为研究对象,综合运用量子力学、蒙特卡罗、分子动力学等多种模拟手段,... 【目的】随着煤系金属矿床的发现,煤中锂分布和赋存规律已经引起了广泛关注,然而锂在煤有机结构和矿物中的分配模式尚未明确。【方法】以内蒙古准格尔煤田典型高锂煤为研究对象,综合运用量子力学、蒙特卡罗、分子动力学等多种模拟手段,分别建立有机质结构和无机矿物结构模型,并构建锂−煤可视化分子结构模型,研究锂在有机质和矿物上的优先吸附位点,探讨煤化升温过程中矿物类型及有机质变质程度对锂吸附的影响。【结果】锂离子在煤中有机质结构上的优先吸附位点为羧基,不同官能团对锂离子的吸附能力顺序为:羧基>羟基>吡咯>羰基>吡啶>苯环;锂离子在高岭石结构上的优先吸附位点为硅氧四面体层中氧六元环的中心位置。在相同温度条件下,有机质、高岭石和伊利石三者共存时,高岭石对锂离子的吸附能力强于伊利石,而伊利石与有机质的结合能力则优于高岭石。随着变质程度升高,有机质对锂离子的吸附能力逐渐减弱。【结论】煤化升温过程中,锂在有机质与矿物间发生再分配,其赋存状态的演化难以通过实验直接揭示,而分子模拟能够在分子尺度提供大量实验难以获得的信息,从而为煤系锂资源的勘探与开发利用提供重要理论支撑。 展开更多
关键词 分子模拟 选择性吸附 有机质结构 矿物结构
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盐穴储库中高氦气体吸附和扩散行为分子模拟
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作者 陈泽亚 完颜祺琪 +5 位作者 刘满仓 刘晓强 陈践发 李康 吴佳楠 尤兵 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第9期15-24,共10页
【背景】人造地下盐穴储氦是解决氦气长时间、规模化战略存储的最佳途径之一,是建立自主可控氦气保供体系的必然选择。目前制约我国盐穴型地下储氦库建设的核心问题在于盐岩对高氦气体(氦体积分数≥70%)的密封能力。【方法】采用分子动... 【背景】人造地下盐穴储氦是解决氦气长时间、规模化战略存储的最佳途径之一,是建立自主可控氦气保供体系的必然选择。目前制约我国盐穴型地下储氦库建设的核心问题在于盐岩对高氦气体(氦体积分数≥70%)的密封能力。【方法】采用分子动力学模拟技术,构建盐岩狭缝孔−通道孔复合模型,揭示温压、氦含量、孔隙流体性质对氦气与甲烷的二元混合气体中氦气的赋存状态及扩散特征的影响,明确基于多因素耦合的氦气自扩散系数和菲克扩散系数变化。【结果和结论】(1)氦气在盐岩纳米孔隙中以游离态赋存为主,仅有少量吸附态分布在矿物表面(吸附热2.56~3.05 kJ/mol),竞争吸附能力极弱;(2)盐岩狭缝孔内氦气体积分数达90%时,氦气会以直径更大的氦团簇方式赋存,有助于氦气的地下封存;(3)相比于纯氦气,二元混合气体系中氦气的自扩散系数显著降低,随甲烷比例增加,氦气扩散系数逐渐下降,证明载体气的存在可有效抑制氦气的扩散运移能力;(4)盐岩微观孔隙内的流体性质是影响氦气密封性的重要因素,相比于单一气相环境,当盐岩孔隙被高矿化度地层水充满时,在储氦库运行时间尺度下氦气逸散量几乎可以忽略不计。 展开更多
关键词 氦气 盐穴储氦库 吸附 扩散 分子模拟
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高温作用下石英力学性质响应特征的分子模拟
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作者 赫文豪 刘利 +6 位作者 张润青 赵嵩卿 李雪 史怀忠 刘子龙 范高建 李永昕 《中国石油大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期116-124,共9页
石英是干热岩的主要造岩矿物,为了解高温下岩石纳米级的力学性质,采用分子动力学(MD)模拟方法,建立基于分子尺度的石英单向拉伸和压缩模型,选择Tersoff势函数描述系统的力场作用,探究单晶α-SiO_(2)的力学性能,明确α-SiO_(2)在不同温... 石英是干热岩的主要造岩矿物,为了解高温下岩石纳米级的力学性质,采用分子动力学(MD)模拟方法,建立基于分子尺度的石英单向拉伸和压缩模型,选择Tersoff势函数描述系统的力场作用,探究单晶α-SiO_(2)的力学性能,明确α-SiO_(2)在不同温度场中单向拉伸和单向压缩载荷下的应力应变行为,并通过绘制α-SiO_(2)的径向分布函数(RDF)分析晶体在负载下的断裂机制。结果表明:硅氧四面体结构整体稳定,但在载荷作用下,同一氧原子连接的四面体间化学键易先破坏,键角增大,且压缩过程中的损伤程度高于拉伸过程;拉伸过程可划分为5个阶段,压缩过程为4阶段,均与宏观力学行为一致;高温通过改变Si—O键长与键角削弱晶体结构,显著降低其力学强度;温度由300 K升至800 K时,α-SiO_(2)的弹性模量、抗拉/压强度、体积模量和泊松比分别下降6.87%~13.1%、34.05%、15.9%、12.2%与18.5%,说明高温显著加剧石英晶体的强度劣化。 展开更多
关键词 石英 分子模拟 力学性质 高温作用 微观机制
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基于计算机筛选与分子模拟技术的宁夏肉牛血红蛋白源抗氧化肽的鉴定 被引量:2
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作者 徐斐然 王玉 +7 位作者 王晓静 崔伟 王永坤 周辉 王兆明 蔡克周 章宝 徐宝才 《食品科学》 EI CAS 北大核心 2025年第2期108-117,共10页
采用3种酶解法(碱性蛋白酶(E1组)、胃蛋白酶+胰蛋白酶(E2组)、碱性蛋白酶+胃蛋白酶+胰蛋白酶(E3组))制备宁夏肉牛血红蛋白酶解产物,并筛选出抗氧化活性最佳组分;利用氨基酸分析和液相色谱-串联质谱鉴定分子质量<3 kDa酶解产物的氨基... 采用3种酶解法(碱性蛋白酶(E1组)、胃蛋白酶+胰蛋白酶(E2组)、碱性蛋白酶+胃蛋白酶+胰蛋白酶(E3组))制备宁夏肉牛血红蛋白酶解产物,并筛选出抗氧化活性最佳组分;利用氨基酸分析和液相色谱-串联质谱鉴定分子质量<3 kDa酶解产物的氨基酸组成和序列,利用计算机分析技术筛选出潜在的抗氧化肽,并验证其活性;通过分子模拟技术进一步研究宁夏肉牛血红蛋白抗氧化肽的作用机理。结果表明,E3组酶解效果最佳,超滤后<3 kDa的组分表现出更佳的抗氧化活性(1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)自由基和2,2’-联氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)(2,2’-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid),ABTS)阳离子自由基清除率的半数抑制浓度(half maximal inhibitory concentration,IC_(50))分别为(18.382±0.023)mg/mL和(0.246±0.012)mg/mL);E3(分子质量<3 kDa)组富含疏水性和芳香族氨基酸,且鉴定和筛选出4条活性最佳的抗氧化肽,氨基酸序列分别为DWGHSW、VFYPW、GTGW和TYFPHF;其中,VFYPW表现出最高的DPPH自由基清除率(IC_(50):(0.350±0.013)mg/mL)和ABTS阳离子自由基清除率(IC_(50):(9.482±0.122)μg/mL),其次为DWGHSW;氢键和疏水作用使DWGHSW和VFYPW与Keap1蛋白(PDB ID:2FLU)形成稳定的复合物。该研究可为宁夏肉牛血红蛋白肽作为天然源抗氧化补充剂的应用提供理论依据,有助于宁夏肉牛血液资源的高值化利用。 展开更多
关键词 计算机筛选 分子模拟 宁夏肉牛血红蛋白 抗氧化肽 鉴定
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基于分子模拟的硅烷偶联剂改性氮化硼掺杂芳纶复合材料热力学性能研究
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作者 黄岩城 刘博闻 +2 位作者 董合 耿江海 律方成 《电工技术学报》 北大核心 2025年第11期3604-3617,共14页
为探究不同硅烷偶联剂改性的氮化硼填料对芳纶复合体系热力学性能的影响规律,该文选取KH550、KH560、KH580和QX1324共4种硅烷偶联剂对氮化硼(BN)进行接枝改性,在Materials Studio中构建了改性氮化硼掺杂对位芳纶(PPTA)的复合模型,并基... 为探究不同硅烷偶联剂改性的氮化硼填料对芳纶复合体系热力学性能的影响规律,该文选取KH550、KH560、KH580和QX1324共4种硅烷偶联剂对氮化硼(BN)进行接枝改性,在Materials Studio中构建了改性氮化硼掺杂对位芳纶(PPTA)的复合模型,并基于分子动力学方法探究了复合模型的热导率、玻璃化转变温度、力学性能以及分子间作用力等性质。结果表明,偶联剂改性能够进一步提高复合体系的热力学性能。其中,BN-QX1324/PPTA体系的改性效果最佳,其热导率为0.206 W/(m·K),较改性前提高74.58%,玻璃化转变温度达到597.746 K,杨氏模量相比改性前增强13.43%。BN-KH550/PPTA、BN-KH560/PPTA和BN-KH580/PPTA体系的玻璃化转变温度分别为562.192 K、568.581 K和547.264 K,杨氏模量依次提升8.09%、10.80%和7.21%。借助径向分布函数、内聚能密度、自由体积分数、氢键等参数计算从分子热运动和分子间相互作用力层面阐明了复合体系热力学性能提升的根本原因,最后通过实验验证了仿真结果的有效性。该文可为基于分子模拟手段进行偶联剂改性筛选和高性能对位芳纶复合体系的设计提供一定的理论指导。 展开更多
关键词 对位芳纶 氮化硼 硅烷偶联剂 分子模拟 热力学性能
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基于分子模拟的外电场对硅橡胶绝缘微观结构的影响
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作者 董曼玲 詹振宇 +5 位作者 李毅 张朝峰 夏玉婷 杨知非 王琪林 郑含博 《绝缘材料》 北大核心 2025年第5期116-124,共9页
为了从微观层面上揭示外电场对硅橡胶绝缘材料内部分子结构特性的影响,本文利用分子模拟和量子化学方法探究了外加电场作用下硅橡胶的微观结构和空间电荷特性的变化。结果表明:随着电场强度的增加,硅橡胶分子的体系总能量减少、偶极矩... 为了从微观层面上揭示外电场对硅橡胶绝缘材料内部分子结构特性的影响,本文利用分子模拟和量子化学方法探究了外加电场作用下硅橡胶的微观结构和空间电荷特性的变化。结果表明:随着电场强度的增加,硅橡胶分子的体系总能量减少、偶极矩和极化率增大,加之分子内的C-Si键在受到外电场的拉伸作用时变长,导致硅橡胶结构稳定性下降,从而影响硅橡胶的力学和电学性能。在电场强度较大时,前线轨道的能隙变小,硅橡胶分子链的反应活性位点发生变化,引起分子链前线轨道的电子陷阱和空穴陷阱形成不同程度的陷阱能级分布,增强了硅橡胶对绝缘材料自由电子或注入电荷的俘获能力。当电场达到12.75×103kV/mm的临界值时,硅橡胶分子结构被破坏,并引起红外光谱变化。 展开更多
关键词 硅橡胶 外部电场 红外光谱 分子模拟
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致密油藏含水条件下二氧化碳与短链烷烃竞争吸附特征的分子模拟
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作者 李静 崔传智 +3 位作者 于涌博 李宗阳 张传宝 张东 《海洋地质前沿》 北大核心 2025年第3期78-88,共11页
致密储层因渗透率低、孔隙度小、微纳米孔隙广泛发育的特点,水驱开发效果差,采用CCUS-EOR技术可以在提高原油采收率的同时实现CO_(2)在油藏的地质封存。目前,关于CO_(2)封存机理的研究一般以咸水层封存机理为主,对致密油藏含水条件下CO_... 致密储层因渗透率低、孔隙度小、微纳米孔隙广泛发育的特点,水驱开发效果差,采用CCUS-EOR技术可以在提高原油采收率的同时实现CO_(2)在油藏的地质封存。目前,关于CO_(2)封存机理的研究一般以咸水层封存机理为主,对致密油藏含水条件下CO_(2)驱油过程中的吸附封存机理研究较少。针对以上问题,本文基于分子模拟方法采用羟基化石英晶胞构建致密油藏孔隙壁面模型,分别建立CO_(2)、原油短链烷烃及水的流体组分模型,研究了含水条件下CO_(2)和原油短链烷烃的竞争吸附特征。结果表明,含水条件下,CO_(2)和CH_(4)、CO_(2)和C_(2)H_(6)竞争吸附时的各组分吸附等温线均符合第I类吸附等温线,CO_(2)的绝对吸附量、过剩吸附量和吸附热均大于CH_(4)和C_(2)H_(6)。CO_(2)和原油短链烷烃在石英壁面的吸附属于物理吸附。模拟条件下,水分子数目对CO_(2)的吸附量影响较大,对CH_(4)的吸附量影响较小。CO_(2)占比增大会使其吸附量增大,使CH_(4)吸附量减少。温度的增大会减少CO_(2)和CH_(4)的绝对吸附量。孔隙尺寸的增大会增加CO_(2)和CH_(4)的绝对吸附量和过剩吸附量。壁面矿物类型对CO_(2)和CH_(4)的吸附量影响较大。 展开更多
关键词 致密油藏 CO_(2)与短链烷烃 竞争吸附特征 分子模拟 吸附量
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双金属Co/Zn-ZIFs中C_(3)H_(6)和C_(3)H_(8)吸附和扩散行为分子模拟研究
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作者 齐昊 王玉杰 +3 位作者 李申辉 邹琦 刘轶群 赵之平 《化工学报》 北大核心 2025年第5期2313-2326,共14页
基于第一性原理计算,构建出11种双金属有机框架Co/Zn-ZIFs分子模型(1#、2#、3#等),每一种模型各窗口结构相同,采用巨正则蒙特卡罗的方法研究了C_(3)H_(6)、C_(3)H_(8)分别在Co/Zn-ZIFs上的吸附性能,通过吸附热分布、吸附位点、弱相互作... 基于第一性原理计算,构建出11种双金属有机框架Co/Zn-ZIFs分子模型(1#、2#、3#等),每一种模型各窗口结构相同,采用巨正则蒙特卡罗的方法研究了C_(3)H_(6)、C_(3)H_(8)分别在Co/Zn-ZIFs上的吸附性能,通过吸附热分布、吸附位点、弱相互作用、静电势及差分电荷密度等方法分析了C_(3)H_(6)、C_(3)H_(8)分别在Co/Zn-ZIFs上吸附机理,并采用分子动力学计算了C_(3)H_(6)、C_(3)H_(8)分别在Co/Zn-ZIFs窗口处的扩散特性。结果表明:C_(3)H_(6)、C_(3)H_(8)在Co/Zn-ZIFs上的吸附主要作用在配体咪唑环与甲基附近;一定范围内,升高温度、降低压力均有利于实现优先吸附C_(3)H_(8),在环境温度为323 K,环境压力为0.5 bar下,3#Co/Zn-ZIFs的C_(3)H_(8)对C_(3)H_(6)的理想吸附选择性最高,为1.25。C_(3)H_(6)、C_(3)H_(8)在6#Co/Zn-ZIFs窗口处扩散自由能差值最大,为14.60 kJ/mol,C_(3)H_(6)、C_(3)H_(8)自扩散系数分别为3.910×10^(-10)和1.445×10^(-12),C_(3)H_(6)/C_(3)H_(8)理想扩散选择性最高,为270.59。对于相同金属比例的不同Co/Zn-ZIFs分子模型,具有相近的C_(3)H_(6)吸附量和C_(3)H_(8)吸附量,当占比少的金属原子呈相间分布时,C_(3)H_(6)、C_(3)H_(8)的扩散自由能最大,且C_(3)H_(8)与C_(3)H_(6)的扩散自由能差值变大,从而提升了C_(3)H_(6)/C_(3)H_(8)分离选择性。对于不同金属比例的Co/Zn-ZIFs分子模型,具有相近的C_(3)H_(6)吸附量和C_(3)H_(8)吸附量,随着Co/Zn比例上升,C_(3)H_(8)、C_(3)H_(6)分子的扩散自由能均逐渐增大,扩散阻力增大。结果对分析Co/Zn-ZIFs分离C_(3)H_(6)/C_(3)H_(8)提供了极具价值的理论依据。 展开更多
关键词 分子模拟 Co/Zn-ZIFs C_(3)H_(6)/C_(3)H_(8) 吸附 扩散
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纳观尺度下再生沥青-集料界面性质的分子模拟
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作者 刘燕燕 李飞泉 +2 位作者 刘栋 王俊涛 罗雪 《化工进展》 北大核心 2025年第8期4302-4310,共9页
通过分子动力学模拟,探讨了再生沥青与集料界面的黏附性能及生物再生剂对老化沥青的影响机制。合理构建了老化沥青以及添加2%腰果壳油、2%妥尔油两种生物再生剂后的沥青模型。进一步建立石灰岩集料模型,采用直接拉伸模拟计算了沥青-集... 通过分子动力学模拟,探讨了再生沥青与集料界面的黏附性能及生物再生剂对老化沥青的影响机制。合理构建了老化沥青以及添加2%腰果壳油、2%妥尔油两种生物再生剂后的沥青模型。进一步建立石灰岩集料模型,采用直接拉伸模拟计算了沥青-集料界面的相互作用能表征黏附性能,最后通过均方位移和相对浓度解释了沥青分子在界面的扩散行为和生物再生剂改善机制。研究结果表明,腰果壳油通过π-π堆积作用和酚基极性改善了老化沥青的聚集行为,黏附性能提高约32%;妥尔油通过其分子支链结构的解聚作用改善了老化沥青的分散性,黏附性能提高约17%。研究创新性地结合界面拉伸模拟与生物再生剂,系统揭示了生物再生剂对沥青-集料界面黏附性能的影响机制,为沥青-集料界面的黏附性能优化和生物再生剂在沥青中的应用提供了理论支持,对沥青路面中的沥青-集料界面性能表征试验的跨尺度研究具有重要的指导意义。 展开更多
关键词 再生 分子模拟 界面 热力学性质 黏附性能表征 生物再生剂
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黏结型抑制剂抑制煤尘实验与分子模拟研究
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作者 佟林全 刘建华 +4 位作者 刘建国 刘晨阳 贾鑫 梁婧 张震 《中国安全生产科学技术》 北大核心 2025年第9期30-37,共8页
为实现高效持久的抑尘性能,黏结型抑尘剂在粉尘防治领域得到广泛应用,通过实验室实验系统评估3种典型黏结型抑尘剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯酰胺(PAM)和聚乙烯醇(PVA)在不同环境扰动下的抑尘效果,并结合分子模拟技术深入探讨其微观... 为实现高效持久的抑尘性能,黏结型抑尘剂在粉尘防治领域得到广泛应用,通过实验室实验系统评估3种典型黏结型抑尘剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯酰胺(PAM)和聚乙烯醇(PVA)在不同环境扰动下的抑尘效果,并结合分子模拟技术深入探讨其微观作用机制。研究结果表明:黏结型抑尘剂通过流动性包覆煤尘微粒,形成光滑膜状结构或粒子聚集体,有效降低风蚀率和雨水侵蚀率,表现出显著优于水溶液对照组的抑尘性能。其中,PAM在抗风蚀和雨水侵蚀方面效果最佳,其次为PVP和PVA;分子模拟结果显示抑尘剂的黏度与其内聚能密度呈正相关(PAM>PVA>PVP);结合能、机械性能和剪切应力的模拟结果与实验数据一致(PAM>PVP>PVA),表明抑尘剂的作用效果取决于其与煤尘的适配性;径向分布函数和相对数密度分析显示,PAM更紧密吸附在煤尘表面,展现更强的黏附性能,其结合能主要来源于范德华力,静电力贡献较低;泊松比和柯西压力分析结果显示,上述材料具有一定韧性,能够抵抗外界扰动;非限制性剪切模拟进一步发现,PAM的剪切应力显著高于PVP和PVA,表明其具有更强的抗扰动能力。研究结果从分子层面阐明黏结型抑尘剂的作用机理,为高效筛选适用的黏结型抑尘剂提供理论参考和科学指导。 展开更多
关键词 粉尘治理 黏结型抑尘剂 分子模拟 相互作用能 力学性能
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氢气在页岩有机孔隙中存储及滞留特点的分子模拟
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作者 白世勋 黄瑞 +2 位作者 赵仁保 秦子强 何宏 《西安石油大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期55-64,共10页
为研究废弃的页岩气藏有机纳米孔隙是否具有额外的存储H_(2)的潜力,以及降压释放的过程中H_(2)是否会在地层中发生滞留,通过分子模拟,对比了不同形状干酪根纳米孔隙中H_(2)和CH_(4)的分布规律以及在不同压力下H_(2)的存储-释放过程。结... 为研究废弃的页岩气藏有机纳米孔隙是否具有额外的存储H_(2)的潜力,以及降压释放的过程中H_(2)是否会在地层中发生滞留,通过分子模拟,对比了不同形状干酪根纳米孔隙中H_(2)和CH_(4)的分布规律以及在不同压力下H_(2)的存储-释放过程。结果表明,CH_(4)在干酪根孔隙中存在有限的优势吸附,随压力增加,该优势逐渐减弱。H_(2)与干酪根壁面间作用力较弱,限域效应不显著,不同孔隙尺寸、压力条件下,H_(2)在孔隙内均呈均匀分布,减压过程中不存在滞后效应。 展开更多
关键词 分子模拟 H_(2)地下封存 氢能存储 纳米孔隙 限域效应 干酪根 页岩
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基于分子模拟的大掺量橡胶改性沥青配方设计及性能研究
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作者 董晓康 王鹏 +6 位作者 鲁明志 李璐 郑祺栋 丁枫斌 王海雨 张齐超 徐涛 《应用化工》 北大核心 2025年第9期2339-2344,共6页
聚焦于大掺量橡胶改性沥青配方设计及性能研究,利用分子动力学研究脱硫胶粉在沥青中极限掺量,并进行试验验证。通过分子动力学模拟发现,胶粉与沥青的分子间作用力随胶粉掺量先增大后降低,胶粉掺量达到50%时,体系范德华力显著降低,胶粉... 聚焦于大掺量橡胶改性沥青配方设计及性能研究,利用分子动力学研究脱硫胶粉在沥青中极限掺量,并进行试验验证。通过分子动力学模拟发现,胶粉与沥青的分子间作用力随胶粉掺量先增大后降低,胶粉掺量达到50%时,体系范德华力显著降低,胶粉分子相互缠绕,空间位阻大,致使相容性降低,确保相容的最佳胶粉掺量为20%~40%;发现门尼黏度40的深度脱硫橡胶、胶粉掺量35%制备的大掺量橡胶改性沥青,能实现平衡黏度与高低温性能的效果,相比较20%和50%样品,具有更好的高低温性能与抗老化性能。 展开更多
关键词 分子模拟 大掺量 橡胶改性沥青 配方设计 微观结构 力学性能 流变特性
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分子模拟研究三维扭曲催化芳烃-降冰片烯环化聚合物膜的CO_(2)/N_(2)分离机理
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作者 李紫鹃 谭晓艳 +5 位作者 吴永盛 杨陈怡 陈红 毕小刚 刘捷 喻发全 《化工学报》 北大核心 2025年第5期2348-2357,共10页
膜分离技术是一种高效、节能的CO_(2)分离技术。固有微孔梯形聚合物因其高孔隙率、高选择性、结构稳定等优点被视作CO_(2)分离技术的优势材料。通过分子动力学模拟方法构建了三维扭曲催化芳烃-降冰片烯环化(CANAL)梯形聚合物膜(CANAL-Me... 膜分离技术是一种高效、节能的CO_(2)分离技术。固有微孔梯形聚合物因其高孔隙率、高选择性、结构稳定等优点被视作CO_(2)分离技术的优势材料。通过分子动力学模拟方法构建了三维扭曲催化芳烃-降冰片烯环化(CANAL)梯形聚合物膜(CANAL-Me-S5F膜)对CO_(2)/N_(2)混合气体的吸附和渗透模型,并对其CO_(2)/N_(2)分离性能进行研究。为了充分考虑聚合物链的柔性特征,在计算过程中,聚合物膜的大部分结构保持自由运动状态。结果表明,CO_(2)在CANAL-Me-S5F膜中的吸附量(4.00 mmol/g)明显大于N_(2)(0.30 mmol/g),这是由CANAL-Me-S5F与CO_(2)分子之间更强的相互吸引作用决定的。CANAL-Me-S5F膜中CO_(2)和N_(2)的渗透率分别为22546.09 Barrer和1094.01 Barrer,渗透选择性α_(P(CO_(2)/N_(2)))为20.61,该渗透选择性与已报道的实验数值十分吻合。CANAL-Me-S5F膜对CO_(2)分子呈现出较高的渗透选择性,主要是由CO_(2)在膜材料中的高溶解度(即优先吸附)主导的。研究结果可从微观层面为新型气体分离聚合物膜的设计与开发提供理论支撑。 展开更多
关键词 固有梯形聚合物 CO_(2)/N_(2)分离 分离 分子模拟
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水-甲烷-二氧化碳-碳系统润湿性的分子模拟研究
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作者 雍唯 未志杰 +4 位作者 刘玉洋 王德强 崔永正 张健 周文胜 《特种油气藏》 北大核心 2025年第2期89-94,共6页
针对分子尺度下润湿性研究难以开展的问题,运用分子模拟方法,探究了页岩纳米孔隙中液滴与甲烷-二氧化碳-碳系统相互作用后的润湿性表现(润湿性通过表面张力和润湿角表征)。结果表明:CO_(2)分子数占比X_(CO_(2))对CH_(4)-CO_(2)-H_(2)O... 针对分子尺度下润湿性研究难以开展的问题,运用分子模拟方法,探究了页岩纳米孔隙中液滴与甲烷-二氧化碳-碳系统相互作用后的润湿性表现(润湿性通过表面张力和润湿角表征)。结果表明:CO_(2)分子数占比X_(CO_(2))对CH_(4)-CO_(2)-H_(2)O系统表面张力γ影响显著,γ随温度上升和X_(CO_(2))增加而降低,降幅最高约40%。进一步得到液滴润湿角随CH_(4)和CO_(2)压力的变化曲线,发现在CH_(4)环境中压力超过78 MPa时,液滴脱离固体表面,形成180°润湿角,此时页岩孔隙表面达到完全疏水状态,而在CO_(2)环境中,页岩表面完全疏水的对应压力为12 MPa,模拟结果与相关实验数据一致。与CH_(4)相比,CO_(2)与页岩表面有着更强的相互作用,从而置换出附着在固体表面的CH_(4),提高了气体采收率。对于CH_(4)-CO_(2)混合物,润湿角则与CO_(2)分子数占比成线性正相关的关系。研究成果可为揭示润湿性与页岩提高采收率之间的关系提供理论指导。 展开更多
关键词 水-甲烷-二氧化碳-碳系统 润湿性 接触角 分子模拟 提高采收率 页岩
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超支化环氧树脂复合材料力学性能分子模拟
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作者 王瑜 陈苏芳 +1 位作者 张道洪 杨犁 《华东理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期197-208,共12页
采用分子动力学(MD)模拟手段,研究了以双酚A二缩水甘油醚(DGEBA)支链分子和六氢均三嗪超支化环氧树脂(HHTE1)超支化分子作为改性剂的环氧树脂复合材料,预测了材料三维结构和支链的改变其对力学性能的影响。结果表明,二维平面材料的弹性... 采用分子动力学(MD)模拟手段,研究了以双酚A二缩水甘油醚(DGEBA)支链分子和六氢均三嗪超支化环氧树脂(HHTE1)超支化分子作为改性剂的环氧树脂复合材料,预测了材料三维结构和支链的改变其对力学性能的影响。结果表明,二维平面材料的弹性模量(E)、体积模量(K)、剪切模量(G)均大于一维线性结构材料的对应值(分别高出0.52%~1.61%、0.28%~1.04%、1.01%~2.89%);三维立体结构较二维平面结构材料的E、K、G分别减少1.52%~3.33%、1.05%~4.35%、2.30%~3.13%。与DGEBA支链相比,HHTE1支链交联改性材料的E、K、G均有明显提升(分别提升5.56%~11.90%,4.86%~10.86%、5.59%~10.74%)。本文构建的材料模型为晶体有序排列材料,研究其各向异性的力学性能发现,空间位阻与支链相互作用分别主导力学性能变化,其Ex、Ez、G(010)受支链作用和主链取向改变的影响,Ey、G(100)、G(001)受空间位阻作用。 展开更多
关键词 超支化分子 环氧树脂 分子动力学模拟 力学性能 物化性质 复合材料
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