本文關鍵詞：天然產(chǎn)物類水合物動力學抑制劑分子模擬研究

  更多相關文章： 甲烷水合物 天然產(chǎn)物 動力學抑制劑 分子動力學模擬

【摘要】：目前開發(fā)的動力學抑制劑多為酰胺基聚合物,其耐用過冷度較低,降解性差,環(huán)境污染大,探尋能在高過冷度下應用、環(huán)境友好的動力學抑制劑成為一種必然的趨勢。天然產(chǎn)物因具有高降解性、環(huán)境友好等特點而受到廣泛的關注,氨基酸、殼聚糖、淀粉、果膠等天然產(chǎn)物都具有較好的水合物抑制效果,但相關抑制機理的研究甚少,因此本文采用分子動力學模擬方法研究殼聚糖、淀粉、果膠等三種多糖類天然產(chǎn)物對甲烷水合物生長過程的影響,微觀分析多糖類物質(zhì)的不同官能團的抑制作用,探究了六元環(huán)的葡萄糖、五元環(huán)的果糖以及線性的核糖等單糖單元對甲烷水合物的作用機理,為多糖類天然產(chǎn)物動力學抑制劑的廣泛應用提供理論依據(jù)。論文選用Gromacs分子模擬軟件,在NPT系綜、260K、15MPa條件下模擬20 ns,通過分析體系的構象圖、碳原子的徑向分布函數(shù)、甲烷的密度分布以及體系的能量圖等參數(shù)考察不同糖類物質(zhì)對甲烷水合物生長過程的影響。首先考察了純甲烷水合物生長體系,研究發(fā)現(xiàn),純甲烷-水體系沒有出現(xiàn)甲烷氣泡現(xiàn)象,甲烷水合物從晶體界面處開始生長,生長速度快,體系能量在3 ns時刻達到平衡。添加不同濃度的殼聚糖時,在一定的濃度范圍內(nèi),高濃度的殼聚糖的抑制性能優(yōu)于低濃度的殼聚糖體系。2.26 wt%殼聚糖體系能量在5.0 ns時達到平衡;3.53 wt%殼聚糖體系能量在6.5 ns時刻達到平衡狀態(tài)。殼聚糖分子的氨基、羥基等活性官能團與水分子作用形成氫鍵,擾亂了水分子的有序狀態(tài)。體系中出現(xiàn)明顯的氣泡現(xiàn)象,增大了甲烷分子的傳質(zhì)阻力,降低了水合物的生長速度。2.09 wt%、3.09 wt%淀粉在260 K、15 MPa下對甲烷水合物的生長有一定的抑制作用。2.09 wt%淀粉體系能量在5.0 ns時達到平衡;3.09 wt%淀粉體系能量在6.0 ns時達到平衡。體系中淀粉分子的活性官能團與周圍的水分子作用,擾亂水分子的有序結構,葡萄糖單元的環(huán)狀結構在空間上阻礙了甲烷、水分子的運動。添加果膠的甲烷水合物體系中,2.46 wt%果膠體系在6 ns時刻體系能量快速下降達到平衡值;在3.62 wt%果膠體系在12 ns體系能量達到平衡狀態(tài)。體系中出現(xiàn)甲烷氣泡,果膠分子在氣液界面處形成一層聚合物層增加了氣液傳質(zhì)的阻力,加大了水合物生成的難度。果膠分子中的雙鍵氧與水分子形成眾多氫鍵,極大程度上擾亂了水分子的有序結構。比較殼聚糖、淀粉、果膠的模擬結果可得到,果膠的抑制性能優(yōu)于殼聚糖、淀粉。果膠分子中雙鍵氧原子、殼聚糖的氮原子、淀粉的氧原子與水分子形成氫鍵的相互作用能分別為-40.30 KJ/mol、-31.60 KJ/mol、-33.80 KJ/mol,果膠雙鍵氧原子的相互作用能最大,形成氫鍵能力最強,對水分子的擾亂作用較大,使得果膠的抑制性能較好。考察了六元環(huán)的葡萄糖、五元環(huán)的果糖和線性的核糖等單糖體系中糖類環(huán)狀結構對甲烷水合物的抑制影響,結果顯示,葡萄糖、果糖和核糖能量平衡的時間分別為5.5 ns、5.5 ns、5.0 ns;單糖的六元環(huán)、五元環(huán)等環(huán)狀結構在水合物生長過程中起到空間阻礙作用。通過分析糖類物質(zhì)與甲烷水合物中水分子形成氫鍵的數(shù)量以及活性官能團與水分子形成氫鍵的能力,提出了層阻擾亂機理,糖類物質(zhì)傾向處于氣液界面處,增大客體、水分子的層傳質(zhì)阻力;同時,糖類物質(zhì)的活性官能團與周圍的水分子形成氫鍵作用,擾亂了水分子的有序結構。
【關鍵詞】：甲烷水合物 天然產(chǎn)物 動力學抑制劑 分子動力學模擬
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O636.1
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-25
• 1.1 引言11-12
• 1.2 水合物動力學抑制劑的研究進展12-19
• 1.2.1 聚酰胺類動力學抑制劑12-15
• 1.2.2 離子液體類動力學抑制劑15-17
• 1.2.3 天然產(chǎn)物類動力學抑制劑17-19
• 1.3 水合物動力學抑制劑的抑制機理19-23
• 1.3.1 吸附機理19-21
• 1.3.2 擾亂機理21-22
• 1.3.3 層傳質(zhì)阻礙機理22-23
• 1.3.4 其他機理23
• 1.4 本文研究意義及內(nèi)容23-25
• 第二章 模型建立與方法參數(shù)25-32
• 2.1 模型結構25-26
• 2.1.1 甲烷水合物生長模型25-26
• 2.1.2 抑制體系模型26
• 2.2 模型方法參數(shù)26
• 2.3 結果分析26-31
• 2.3.1 構象分析27-28
• 2.3.2 碳原子徑向分布函數(shù)28-29
• 2.3.3 密度分析29-30
• 2.3.4 能量分析30-31
• 2.4 本章小結31-32
• 第三章 多糖類物質(zhì)的抑制性能研究32-53
• 3.1 殼聚糖的抑制性能32-39
• 3.1.1 構象分析32-34
• 3.1.2 碳原子徑向分布函數(shù)34-36
• 3.1.3 密度分析36-37
• 3.1.4 能量分析37-39
• 3.2 淀粉的抑制性能39-45
• 3.2.1 構象分析39-41
• 3.2.2 碳原子徑向分布函數(shù)41-43
• 3.2.3 密度分析43-44
• 3.2.4 能量分析44-45
• 3.3 果膠的抑制性能45-52
• 3.3.1 構象分析46-48
• 3.3.2 碳原子徑向分布函數(shù)48-50
• 3.3.3 密度分析50-51
• 3.3.4 能量分析51-52
• 3.4 本章小結52-53
• 第四章 單糖類物質(zhì)的抑制性能研究53-66
• 4.1 葡萄糖的抑制性能53-57
• 4.1.1 構象分析53-55
• 4.1.2 碳原子徑向分布函數(shù)55-56
• 4.1.3 密度分析56-57
• 4.1.4 能量分析57
• 4.2 果糖的抑制性能57-61
• 4.2.1 構象分析57-58
• 4.2.2 碳原子徑向分布函數(shù)58-59
• 4.2.3 密度分析59-60
• 4.2.4 能量分析60-61
• 4.3 核糖的抑制性能61-65
• 4.3.1 構象分析61-62
• 4.3.2 碳原子徑向分布函數(shù)62-63
• 4.3.3 密度分析63-64
• 4.3.4 能量分析64-65
• 4.4 本章小結65-66
• 第五章 糖類抑制劑的作用機理研究66-76
• 5.1 能量平衡時間66-67
• 5.2 機理分析67-75
• 5.2.1 氫鍵數(shù)量69-73
• 5.2.2 相互作用能73-75
• 5.3 本章小結75-76
• 結論76-78
• 參考文獻78-83
• 攻讀碩士學位期間取得的成就83-84
• 致謝84-85
• 附件85

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