電界下での塩水液滴の分子動力学シミュレーション：NaClとCACL2によって示される明確な動作

静電性微小性化は、石油エマルジョンを破壊する有望な手法です。ただし、エマルジョン内の塩の存在は、電界の有効性に影響を与える可能性があります。この作業では、塩イオンの種類と濃度が電界にさらされたときの塩水液滴の安定性に対する濃度の影響を標的にします。分子動力学（MD）シミュレーションは、トルエンとモデルのアスファルテン分子（N-（1-ヘキシルヘプチル）-N 'を含む油相に囲まれた水または塩水液滴で構成される一連の水中乳剤システムで実行されます。5-カルボキシルクレンティル）ペリレン-3,4,9,10-テトラカルボン酸ビシミド（C5PE））。塩水液滴には、NaClまたはCACL2のいずれかが含まれており、濃度は0から〜11 wt％まで変化します。0〜1 V/nmの範囲の強度を持つ外部電界が適用されます。私たちの結果は、電界が増加すると、裸の水液滴が元の球形から楕円形、紡錘体、そして最後にシリンダーへの進行性変形を示すことを示しています。塩水液滴が低電界（≤0.5v/nm）にさらされると、それらは裸の水滴に似た動作します。ただし、高い電界（≥0.75v/nm）では、NaClとCACL2の両方の塩水液滴がバルクオイルで安定化され、高塩濃度で電極に向かって塩イオンを排出することにより球状または楕円形の形状を維持します（≥7.8Wt％％）、これは、適用された場による液滴の不安定化を弱めるカウンター電界を誘導します。低塩濃度（≤4.5重量％）では、NaClまたはCACL2を含む塩水液滴が異なる動作を示します。前者は電極に向かってシフトする傾向がありますが、後者はバルク油相に留まります。対照的な現象は、塩水面への塩水液滴の正味電荷とC5PE吸着の結合効果の結果です。大きな正味電荷と低いC5PE吸着は、液滴を電極に向かって駆動する傾向があります。この研究は、石油エマルジョンの静電性微小性化における塩イオンの重要な役割に関する有用な洞察を提供します。

Electrostatic demulsification is a promising technique to disrupt petroleum emulsions. However, the presence of salts in the emulsion can influence the effectiveness of the electric field. In this work, we target an understudied area, namely, the effect of salt ion type and concentration on the stability of brine droplets when exposed to an electric field. Molecular dynamics (MD) simulations are performed on a series of water-in-oil emulsion systems consisting of a water or brine droplet surrounded by an oil phase containing toluene and model asphaltene molecules (N-(1-hexylheptyl)-N'-(5-carboxylicpentyl) perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic bisimide (C5Pe)). The brine droplet contains either NaCl or CaCl2, with concentrations varying from 0 to ∼11 wt %. An external electric field is applied, which has a strength ranging from 0 to 1 V/nm. Our results show that as the electric field increases, the bare water droplet exhibits progressive deformation from the original spherical shape to an ellipsoid, a spindle, and finally a cylinder. When the brine droplets are exposed to a low electric field (≤0.5 V/nm), they behave similar to the bare water droplet. However, at a high electric field (≥0.75 V/nm), both NaCl and CaCl2 brine droplets are stabilized in the bulk oil and maintain the spherical or ellipsoidal shape by ejecting salt ions toward the electrodes at high salt concentrations (≥7.8 wt %), which induces a counter electric field that weakens the destabilization of the droplet by the applied field. At low salt concentrations (≤4.5 wt %), brine droplets containing NaCl or CaCl2 display different behaviors: the former tends to shift toward an electrode, whereas the latter stays in the bulk oil phase. The contrasting phenomena are the result of combined effects of brine droplet net charge and C5Pe adsorption on the droplet surface: a large net charge and low C5Pe adsorption tend to drive the droplet toward an electrode. This study provides useful insights into the important role of salt ions in electrostatic demulsification of petroleum emulsions.