石油化工
纳米颗粒改性泡沫热力学稳定性分子模拟研究
泡沫流体已经被广泛应用于各种各样的石油采出技术当中，例如钻井、压裂和提高原油采收率等。 然而，泡沫在热力学和动力学上都处于不稳定状态，因此泡沫的稳定性在泡沫的使用过程当中是一个急需解决的关键问题。纳米颗粒相对于传统的表面活性剂来稳定泡沫具有更大的优势，即它们可以不可逆地吸附在气液界面，这样就可以提供更为持久的稳定性。通过实验和分子动力学（MS Forcite）模拟研究了含油SDS泡沫的可调稳定性。通过改变组分(SDS表面活性剂和SiO2纳米颗粒)的浓度实现含油泡沫体系稳定性的调节。通过对泡沫膜结构和动态特性的研究得到其微观机理。这项工作有助于加深对泡沫稳定性调节机理的理解，在实验中实现更稳定的泡沫体系。
Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 2020, 82:333-340.
CO2响应型泡沫排水剂实验与分子模拟研究
随着对气田的不断开发，近年来国内大部分气井均出现了积液现象。泡沫排水采气的工艺流程是向井底积液中加入泡沫排水剂，天然气的气流扰动井底积液产生大量泡沫，因此积液被以泡沫的方式携带到地面，达到排水采气的目的。但是当大量的泡沫到达地面后难以消除，即使加入消泡剂也存在消泡缓慢、不彻底等问题，且容易生成乳化物，给后期处理带来诸多问题。本文采用实验和分子动力学模拟相结合的方法，研究了CO2智能响应型SDS/C12A复配泡排剂的泡沫性质和CO2响应性能。实验结果表明通过CO2能够快速起到消泡效果；后续再通入N2，溶液仍有起泡能力。从而使得泡沫可以在稳定和不稳定状态之间快速切换。
利用Materialsstudio软件分子动力学模拟方法研究水基泡沫体系，深入分析分子结构、气-液界面性质、液膜微观变化等机制；模拟结果表明，当引入CO2时，大部分SDS和C12A分子在水相中聚集，而不是吸附在空气-水界面上以稳定泡沫薄膜。由于在引入CO2后空气-水界面处表面活性剂含量减少，从而导致泡沫迅速破裂。
该研究为设计和开发新型CO2智能响应型泡沫排水剂，解决泡沫排水采气过程中的消泡困难、产出液易乳化等问题提供了指导，具有一定的理论意义和应用价值。
Chemical Engineering Science 209 (2019) 115218
气体驱油过程与机理的分子动力学模拟研究
在石油开采中岩石大孔和介孔中的石油比较容易被气体或者溶液驱替；但是小孔与岩石表面还附着部分原油，为了提升原油采收率，需要对岩石空隙和表面的残油进一步驱替；气驱是一种常规的驱油方法，微观层面的研究较少；本文通过分子模拟的方法研究了CO2和N2联合的气体对岩石表面残油驱替过程和溶解机理。从原子、分子层面展现了气体驱油的微观过程，以及原油溶解的机理。文章使用Materials Studio软件中Forcite，Amorphous Cell，COMPASS模块进行以上问题的研究。得到了驱替的过程与机理，CO2能吸附在岩石表面起到剥离残油的作用；同时，CO2具有溶解原油的作用，该成果对驱油微观层面机理的研究有指导意义。
Journal of Petroleum Science and Engineering 218 (2022) 110989
改性聚偏氟乙烯高吸附特性的量子化学-蒙特卡洛-分子动力学方法研究
冶金、石油天然气、石化、制药和食品等行业工艺中会产生大量含油废水，对含油废水进行处理已成为环境科学家所关注的重要问题。采用超滤技术处理含油废水已被证明是处理含油废水最有效的策略，其分离效率高，分离率高，生态友好，成本低，可扩展性强，渗透质量更高。但是油颗粒在膜结构孔隙中沉积现象会降低过滤效果；通过改性疏水聚合物膜表面的化学结构来改善膜的亲水性，可以提高膜的防污性质，因此，具有高润湿性和防污性能对于膜的性能至关重要。因此，用两亲性共聚物对膜进行改性，可显著降低颗粒沉积引起的污染率。分子动力学(MD)、蒙特卡罗(MC)和量子力学(QM)模拟在材料科学、生物医学等领域有着非常广泛的应用；本研究通过QM、MC和MD模拟，用具有亲水性的共聚物和温度敏感单体改性PVDF膜，模拟研究油分离和膜污染性能。图1所示；使用模块DMol3、Adsorption Locator、Forcite。
Journal of Molecular Liquids 375 (2023) 121286
润滑油氧化产物聚集行为分子动力学模拟研究
随着工业技术的发展，机器的运行一般需要更高温度与速度；在这样的环境中润滑油氧化是难免的；润滑油的氧化产物主要为氧化产物主要为醇类、醛类、酮类和羧酸类；氧化产物的浓度不同会影响润滑油的粘度，从而可能会影响润滑油的使用性能；在实验中润滑油中产物的组分相当复杂，无法进行精确、定量的研究；采用分子动力学方法，研究了氧化产物在润滑油中的聚集行为。明确了脂肪酸和脂肪醇在润滑油氧化产物中更容易形成氢键，它们之间形成氢键的能量相对较高，导致它们在聚集体中的浓度较高。通过控制润滑剂中脂肪酸和脂肪醇的浓度可能有利于防止润滑剂氧化产物的聚集。
Tribology Letters (2018) 66:104
金属-有机骨架材料FJI-H8中乙炔气体吸附性质的模拟研究
乙炔是一种非常重要的化工原料，广泛用于合成聚酯塑料类材料。然而，当压力超过两个大气压时，即使在室温无氧条件下乙炔也能发生爆炸，因此乙炔的存储和运输依然面临着巨大的挑战。多孔金属-有机框架材料（MOFs）具有较高的比表面积、尺寸可调节的孔道，并且在常规气体的吸附与分离方面表现出优异的性能等优点，因此MOF材料有望为解决乙炔气体的吸附和存储问题提供途径。通过Sorption模块对一系列微孔Cu-MOF材料的结构和性能的研究，结果发现不仅是开放金属位点，合适尺寸的孔道都对乙炔吸附性能起到了至关重要的作用。这一研究为将来合理设计和合成具有优异乙炔吸附性能的MOF材料研究提供新的思路和途径。
Nature communications, 2015, 6, 7575.
泡沫流体已经被广泛应用于各种各样的石油采出技术当中，例如钻井、压裂和提高原油采收率等。 然而，泡沫在热力学和动力学上都处于不稳定状态，因此泡沫的稳定性在泡沫的使用过程当中是一个急需解决的关键问题。纳米颗粒相对于传统的表面活性剂来稳定泡沫具有更大的优势，即它们可以不可逆地吸附在气液界面，这样就可以提供更为持久的稳定性。通过实验和分子动力学（MS Forcite）模拟研究了含油SDS泡沫的可调稳定性。通过改变组分(SDS表面活性剂和SiO2纳米颗粒)的浓度实现含油泡沫体系稳定性的调节。通过对泡沫膜结构和动态特性的研究得到其微观机理。这项工作有助于加深对泡沫稳定性调节机理的理解，在实验中实现更稳定的泡沫体系。
Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 2020, 82:333-340.
CO2响应型泡沫排水剂实验与分子模拟研究
随着对气田的不断开发，近年来国内大部分气井均出现了积液现象。泡沫排水采气的工艺流程是向井底积液中加入泡沫排水剂，天然气的气流扰动井底积液产生大量泡沫，因此积液被以泡沫的方式携带到地面，达到排水采气的目的。但是当大量的泡沫到达地面后难以消除，即使加入消泡剂也存在消泡缓慢、不彻底等问题，且容易生成乳化物，给后期处理带来诸多问题。本文采用实验和分子动力学模拟相结合的方法，研究了CO2智能响应型SDS/C12A复配泡排剂的泡沫性质和CO2响应性能。实验结果表明通过CO2能够快速起到消泡效果；后续再通入N2，溶液仍有起泡能力。从而使得泡沫可以在稳定和不稳定状态之间快速切换。
利用Materialsstudio软件分子动力学模拟方法研究水基泡沫体系，深入分析分子结构、气-液界面性质、液膜微观变化等机制；模拟结果表明，当引入CO2时，大部分SDS和C12A分子在水相中聚集，而不是吸附在空气-水界面上以稳定泡沫薄膜。由于在引入CO2后空气-水界面处表面活性剂含量减少，从而导致泡沫迅速破裂。
该研究为设计和开发新型CO2智能响应型泡沫排水剂，解决泡沫排水采气过程中的消泡困难、产出液易乳化等问题提供了指导，具有一定的理论意义和应用价值。
Chemical Engineering Science 209 (2019) 115218
气体驱油过程与机理的分子动力学模拟研究
在石油开采中岩石大孔和介孔中的石油比较容易被气体或者溶液驱替；但是小孔与岩石表面还附着部分原油，为了提升原油采收率，需要对岩石空隙和表面的残油进一步驱替；气驱是一种常规的驱油方法，微观层面的研究较少；本文通过分子模拟的方法研究了CO2和N2联合的气体对岩石表面残油驱替过程和溶解机理。从原子、分子层面展现了气体驱油的微观过程，以及原油溶解的机理。文章使用Materials Studio软件中Forcite，Amorphous Cell，COMPASS模块进行以上问题的研究。得到了驱替的过程与机理，CO2能吸附在岩石表面起到剥离残油的作用；同时，CO2具有溶解原油的作用，该成果对驱油微观层面机理的研究有指导意义。
Journal of Petroleum Science and Engineering 218 (2022) 110989
改性聚偏氟乙烯高吸附特性的量子化学-蒙特卡洛-分子动力学方法研究
冶金、石油天然气、石化、制药和食品等行业工艺中会产生大量含油废水，对含油废水进行处理已成为环境科学家所关注的重要问题。采用超滤技术处理含油废水已被证明是处理含油废水最有效的策略，其分离效率高，分离率高，生态友好，成本低，可扩展性强，渗透质量更高。但是油颗粒在膜结构孔隙中沉积现象会降低过滤效果；通过改性疏水聚合物膜表面的化学结构来改善膜的亲水性，可以提高膜的防污性质，因此，具有高润湿性和防污性能对于膜的性能至关重要。因此，用两亲性共聚物对膜进行改性，可显著降低颗粒沉积引起的污染率。分子动力学(MD)、蒙特卡罗(MC)和量子力学(QM)模拟在材料科学、生物医学等领域有着非常广泛的应用；本研究通过QM、MC和MD模拟，用具有亲水性的共聚物和温度敏感单体改性PVDF膜，模拟研究油分离和膜污染性能。图1所示；使用模块DMol3、Adsorption Locator、Forcite。
Journal of Molecular Liquids 375 (2023) 121286
润滑油氧化产物聚集行为分子动力学模拟研究
随着工业技术的发展，机器的运行一般需要更高温度与速度；在这样的环境中润滑油氧化是难免的；润滑油的氧化产物主要为氧化产物主要为醇类、醛类、酮类和羧酸类；氧化产物的浓度不同会影响润滑油的粘度，从而可能会影响润滑油的使用性能；在实验中润滑油中产物的组分相当复杂，无法进行精确、定量的研究；采用分子动力学方法，研究了氧化产物在润滑油中的聚集行为。明确了脂肪酸和脂肪醇在润滑油氧化产物中更容易形成氢键，它们之间形成氢键的能量相对较高，导致它们在聚集体中的浓度较高。通过控制润滑剂中脂肪酸和脂肪醇的浓度可能有利于防止润滑剂氧化产物的聚集。
Tribology Letters (2018) 66:104
金属-有机骨架材料FJI-H8中乙炔气体吸附性质的模拟研究
乙炔是一种非常重要的化工原料，广泛用于合成聚酯塑料类材料。然而，当压力超过两个大气压时，即使在室温无氧条件下乙炔也能发生爆炸，因此乙炔的存储和运输依然面临着巨大的挑战。多孔金属-有机框架材料（MOFs）具有较高的比表面积、尺寸可调节的孔道，并且在常规气体的吸附与分离方面表现出优异的性能等优点，因此MOF材料有望为解决乙炔气体的吸附和存储问题提供途径。通过Sorption模块对一系列微孔Cu-MOF材料的结构和性能的研究，结果发现不仅是开放金属位点，合适尺寸的孔道都对乙炔吸附性能起到了至关重要的作用。这一研究为将来合理设计和合成具有优异乙炔吸附性能的MOF材料研究提供新的思路和途径。
Nature communications, 2015, 6, 7575.
