碳纳米管改性乙烯-醋酸乙烯酯作为抑制蜡结晶变弱的微观机制：基于分子模拟的视角

《Langmuir》：Microscopic Mechanism of Carbon-Nanotube-Modified Ethylene Vinyl Acetate as an Inhibitor for Weakening Wax Crystallization: From the Perspective of Molecular Simulation

该研究通过将EVA接枝于碳纳米管制备CNT-EVA复合材料，利用分子动力学模拟揭示了其抑制直链C30烷烃结晶的微观机制。主要发现：1）CNT-EVA显著降低蜡结晶的径向分布函数峰值（29→12），减弱烷烃聚集；2）增强范德华作用使烷烃构象更稳定（增大，构象转换困难）；3）提供异质形核位点，促进烷烃脱离集群并优先向晶核靠近，进一步抑制结晶速率和蜡沉积。

　　

原油中的蜡结晶严重影响了原油的流动性。作为提高原油流动性的材料，纳米复合材料和乙烯-醋酸乙烯酯（EVA）成为研究的重点；然而，EVA对蜡分子的敏感性有限。在这项研究中，我们将EVA接枝到碳纳米管（CNT）上，制备了CNT–EVA复合材料，并利用分子动力学（MD）模拟观察了CNT–EVA对直链C30烷烃结晶行为的影响，从而揭示了CNT–EVA的微观作用机制。主要研究结果如下：(1) CNT–EVA比EVA更能抑制C30烷烃的结晶，有效将蜡的径向分布函数（RDF）峰值从29降低到12，并减弱了C30烷烃的聚集程度。(2) CNT–EVA与C30烷烃之间的范德华（vdW）相互作用更强，使得C30烷烃的末端到末端的平均距离更小、回转半径（R_g）更大、频率分布更窄。在这种情况下，直链C30烷烃从一种平衡构象转变为另一种构象变得更加困难。(3) CNT–EVA在C30烷烃的结晶过程中提供了多个异质晶核，使C30烷烃首先从与CNT–EVA形成的团簇中分离出来，然后伸直并靠近蜡晶核完成结晶过程，进一步减缓了蜡的结晶速率并降低了蜡的积累程度。本研究揭示了碳纳米管改性EVA在分子水平上对蜡结晶的微观影响机制，为将基于碳纳米管的纳米复合材料作为原油倾点降低剂提供了理论基础。