表面活性剂的界面传递行为研究

Interface characteristics are the important properties of complex systems, correspondingly, interphase mass transfer becomes the main physical phenomenon of unit operation of chemical engineering. Improving the transmission rate and intensify the mass transfer process is always a focus of people's concerning. The resistance of interphase transfer is determined by the molecular aggregation behavior and the molecular motion state in the surfaces/interfaces, directly. By combining the experimental and simulation investigations, we would explore the aggregation behavior and transfer behavior of different surfactants at the surfaces/interfaces in molecular scale, and further study the main factors causing the changes of surface/interface properties, the influence rule. We aim at exploring the mechanism of molecular aggregation behavior in the surfaces/interfaces, and the effects of molecular interactions, configuration as well as the microscopic relaxation process within the surface/interface film and its vicinity on the surface/interface structure, and further study the effects of the formed surface/interface structure on the transfer behavior between different phases and illustrate the mechanism of producing the resistance of interphase transfer in molecular scale. The success of this project will provide fundamental data and theoretical guidance for development of multiphase transfer and reaction process intensification techniques.

界面特征是复杂系统的重要属性，物质通过界面实现相际传递是化工单元操作中的主要物理现象，提高传递速率、强化传质过程一直为人们所关注。界面层中分子的聚集行为直接决定着相际传递阻力的大小。本项目采用实验研究和计算机分子模拟相结合的方法，在分子和表界面尺度上研究不同条件下各种表面活性剂分子在表界面上的聚集行为和传递行为，探讨引发表界面性质改变的主要因素、影响规律，揭示表界面层分子聚集行为的机制；探讨表界面区域分子聚集形态、分子间相互作用、分子的取向、构型转化以及表界面膜内和附近的微观弛豫过程等对表界面传递性质的影响，获得影响界面传递性质的主导因素及影响规律，阐明相际传质阻力产生的微观分子机理，为多相传递和反应过程强化技术的开发提供基础数据和理论指导。

相际界面通常只有几个分子的厚度，但界面层中分子的排列模式、分子在界面及其附近的各种运动状态等直接决定着相际传递阻力的大小。对界面性质的深入研究有助于从本质上认识与之相关的化工过程的客观规律，是开发化工过程强化技术基础理论研究的一个重要方面。表面活性剂特殊的双亲结构赋予其特殊的性能，使其成为研究界面性质的典型的模型分子。我们选择不同结构、不同类型的表面活性剂溶液作为模型系统，实验研究了不同表面活性剂及其复配体系的界面行为。考察了各种因素，包括表面活性剂浓度、pH、盐、纳米粒子、以及聚合物等对表面活性剂单分子膜界面性质的影响，探讨了其影响机制。采用分子动力学方法模拟了表面活性剂体系界面行为，并同实验结果进行对比；运用粗粒化分子动力学，模拟研究了表面活性剂体系的界面行为及小分子通过表面活性剂界面层的传递行为；运用经典密度泛函理论，研究了颗粒物（以重金属氧化物为例）在肺表面活性剂界面层的沉积与传递行为，获得了判断颗粒物能否穿过肺表面活性剂界面层的理论关系式。从实验和理论两方面在分子和表界面尺度上探究了影响界面性质和传递性质的内在机制。. 此外，根据获得的表面活性剂体系体相及界面性质、表界面区域的分子聚集形态及分子间相互作用等信息，设计开发了一种生化检测试剂盒，实现了对辣根过氧化物酶活性测定和双氧水浓度的精准检测；构建了基于12-3-12/[C12mim]Br和12-3-12/DTAB的灵敏度高、响应性好的液晶传感器，实现了对BSA的定量检测；通过表面活性剂的复配，开发了一款液晶乳化剂，并明确了液晶乳化产品的应用优势。围绕表面活性剂体系，系统研究了偶联表面活性剂与光响应小分子肉桂酸及其衍生物复配体系自组装体的光响应行为，获得了不同尺度、不同形态表面活性剂自组装体的转化规律和转换机制，为其在生物医药、石油开采以及萃取和分离等领域的应用提供了基础数据和理论指导。