Molecular dynamics simulation of the interfacial properties of methane-water and methane-brine systems

甲烷 吸附 离子 分子动力学 化学 表面张力 水合物 卤水 化学物理 分析化学(期刊) 热力学 物理化学 色谱法 有机化学 计算化学 物理
作者
Qiuyi Guo,Wenfeng Hu,Yue Zhang,Kun Zhang,Bo Dong,Yan Qin,Weizhong Li
出处
期刊:Molecular Simulation [Taylor & Francis]
卷期号:49 (12): 1215-1228 被引量:8
标识
DOI:10.1080/08927022.2021.1929969
摘要

In this study, a series of molecular dynamics (MD) simulations are performed for methane-water and methane-brine systems in the range of 263.15 K∼283.15 K, 1 MPa∼10 MPa with the ion mass fraction up to 25 wt%. The interfacial tension (IFT) and density profile, relative adsorption, charge distribution, ions hydration, interfacial thickness are predicted, and the interfacial features are analysed at a molecular level. The results show that the IFT decreases with pressure and is enlarged with the presence of ions, which is positively correlated with ion concentration. Moreover, the methane accumulation and ions depletion at the interface are observed. The relative adsorption of methane and ions at the Gibbs dividing surface and the interfacial thickness are estimated quantitatively. It is shown that the methane relative adsorption is positive and increases at a higher pressure and lower temperature, while the relative adsorption of ions is negative. For the two systems, the interfacial thickness increases with pressure and ion concentration, but the variation trend with temperature is related to the pressure. The interfacial features found in the present study may help understand the interaction among gas, water, and ions, as well as the phase transition behaviour of natural gas hydrate.
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