Enhancing Surfactant Transport across the Oil–Water Interfaces by Polymer Competitive Adsorption

解吸 吸附 肺表面活性物质 聚乙二醇 化学物理 化学工程 乙二醇 扩散 PEG比率 分子动力学 化学 平均力势 分子扩散 十二烷基硫酸钠 表面能 伞式取样 相(物质) 十二烷 聚合物 传质 材料科学 活化能 动力学 两亲性 表面张力 毛细管作用 分子 势能 大规模运输 润湿 色谱法 纳米片 工作(物理) 胶束 电解质
作者
Wenzhu Xia,Boyao Wen,Zhengyuan Luo,Bofeng Bai
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:42 (4): 3573-3583 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.5c06037
摘要

Understanding mechanisms of the interfacial transport of amphiphilic molecules plays a crucial role in many fields such as interfacial assembly, self-emulsification, capsule delivery system, etc. However, the mass transfer resistance and energy barrier induced by their interfacial affinity remain unclear. Here, we employ coarse-grained molecular dynamics (CGMD) simulation combined with umbrella sampling method to quantify the energy barriers for sodium dodecyl sulfate (SDS) across the water/dodecane interface covered with different densities of polyethylene glycol (PEG). Furthermore, we describe the diffusion subjected to the interface potential energy using the generalized Langevin equation and calculate the interface diffusion coefficients and retention times by combining MD trajectories. We find that the PEG layer with an appropriate interfacial coverage reduces the desorption energy barrier of SDS up to 23.8%. It differs from the traditional viewpoint that the coverage increases the spatial obstruction for transport. We attribute this phenomenon to the competitive adsorption of SDS and PEG near the interface. The adsorption energy of PEG partly counterbalances the desorption energy of SDS. It can significantly reduce the interaction energy between SDS and both water and dodecane at the interface. Meanwhile, it also eliminates the "flip" of SDS during the transport process, which indicates weakened interfacial constraints and greater molecular freedom. Consequently, the transport kinetics are significantly accelerated, as evidenced by an increase in the interfacial diffusion coefficient on orders of magnitude and a shorter retention time. Our study investigates the short-range interfacial hopping and transfer of amphiphiles with asymmetric phase affinity, providing theoretical insight into the design and regulation of their mass transfer driving forces and rates.
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