[发明专利]一种耗散粒子动力学力场的构建方法

说明书

本发明属于环境污染处理计领域，具体涉及一种利用算机模拟表面活性剂溶液耗散粒子动力学力场的构建方法。方法如下：1）建立表面活性剂和水分子的粗粒化模型；2）利用耗散粒子动力学(DPD)理论计算各粗粒化珠子之间的相互作用力参数；3）通过Materials Studio软件建立由表面活性剂和水组成的溶液体系的粗粒化结构模型；4）对步骤（2）和步骤（3）获得参数与模型，运用Materials Studio软件中的DPD模块进行耗散粒子动力学模拟，获得表面活性剂溶液的相应微观结构性质参数；5）调整各粗粒化珠子之间的相互作用参数，并结合表面活性剂溶液微观结构性质的实验数据进行优化，获得能与实验结果相吻合的DPD力场。本发明的构建方法，提高了粗粒化力场的精度、促进了粗粒化力场的发展，对研究表面活性剂在溶液中以及在界面处的物理化学性质具有重要的指导意义。

技术领域

本发明属于环境污染处理计领域，具体涉及一种利用算机模拟表面活性剂溶液耗散粒子动力学力场的构建方法。

背景技术

表面活性剂是一种具有亲水和亲油基团的分子，具有湿润或抗粘、乳化、气泡或消泡以及增溶、分散、洗涤、防腐、抗静电等一系列物理化学性质，广泛应用于日常生活和工业生产中。然而，在使用过程中，大量含表面活性剂的废水、废渣不可避免地排入了水体、土壤等环境，对人体及环境生态系统造成了严重的危害，随之而来的环境污染问题也越来越严重。因此，对含有表面活性剂的工农业生产以及生活废水的治理显得尤为迫切。目前，对表面活性剂废水的处理已成为研究热点，研究表面活性剂在水溶液以及在界面处的物理化学性质具有主要的指导意义。

表面活性剂在水溶液中的扩散与聚集、团簇过程中，用传统的实验表征方法(如SEM， TEM，AFM等)较难直接观察到体系的结构和形貌的动态变化。计算机模拟是研究吸附、扩散等表面现象的强有力手段。分子模拟或介观模拟可以从微观的角度对物质的结构和性质迸行深入的研究，还能直接提供那些极端条件下无法用实验方法得到的数据。如何准确的利用 DPD模拟方法从微观角度探究表面活性剂分子之间及其与水分子间相互作用力场，进而对表面活性剂溶液微观性质予以表征，对研究表面活性剂体系物理化学性质及其在化学化工、生物、医学等领域的应用具有重要意义。

发明内容

本发明针对现有技术中对表面活性剂溶液体系相关力场开发方法存在盲目性的问题，提供一种优化的研究表面活性剂溶液体系相互作用力的力场开发方法，以提高粗粒化力场的精度、促进粗粒化力场的发展。

一种表面活性剂溶液的耗散粒子动力学力场开发方法，步骤如下：

(1)在Materials Studio软件中建立表面活性剂分子和水分子的粗粒化模型；

(2)计算步骤(1)的粗粒化模型中各粗粒化珠子之间的相互作用力参数，获得相应的相互作用力参数范围；

(3)在Materials Studio软件中构建表面活性剂溶液的粗粒化模型；

(4)对步骤(2)和步骤(3)获得参数与模型，运用Materials Studio软件中的DPD模块进行耗散粒子动力学模拟，系统达到平衡后，记录各粗粒化珠子的坐标及运动轨迹，根据DPD 模块中的Analysis功能对各珠子间的键长、相互作用能进行分析，结合MaterialsStudio软件中的Animation直接观察模拟体系的结构和形貌的动态变化过程，并获得表面活性剂溶液的相应微观结构性质参数。

(5)在相互作用力参数范围表的数值范围内反复对各珠子之间的相互作用力参数进行微调，获得不同强度的相互作用力下表面活性剂溶液的微观结构性质参数模拟数值；将该模拟数值与相应实验数据比较，直至模拟数值与实验数据吻合，确定该条件下的相互作用力参数即为优化的表面活性剂溶液的DPD力场参数。