A series of molecular dynamics simulations were performed to investigate the effects of model asphaltenes on the toluene/water interfacial tension (IFT) under high temperature and pressure conditions. In the absence of model asphaltenes, the toluene/water IFT monotonically decreases with increasing temperature, whereas, with the presence of model asphaltenes, especially at high concentrations, such monotonic dependence no longer holds. Furthermore, in contrast with the decreasing trend of IFT with increasing model asphaltene concentration at low temperature (300 K), increasing concentration at high temperature (473 K) leads to increasing IFT. This relation can even be nonmonotonic at moderate temperatures (373 and 423 K). Through detailed analysis on the distribution of model asphaltenes with respect to the interface, such complex behaviors are found to result from the delicate balance between miscibility of toluene/water phases, solubility of model asphaltenes, and hydrogen bonds formed between water and model asphaltenes. By increasing the temperature, the solubility of model asphaltenes in toluene is enhanced, leading to their transition from being a surfactant to being a solute. The effect of pressure was found to be very limited under all model asphaltene concentrations. Our results here present, for the first time, a complete picture of the coupled effect of (high) temperature and asphaltene concentration on IFT, and the methodology employed can be extended to many other two-phase or multiphase systems in the presence of interface-active chemicals.

中文翻译：

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沥青质对甲苯/水界面张力影响的分子动力学研究：表面活性剂还是溶质？

进行了一系列分子动力学模拟，以研究模型沥青质在高温和高压条件下对甲苯/水界面张力（IFT）的影响。在不存在模型沥青质的情况下，甲苯/水IFT随温度升高而单调降低，而在存在模型沥青质的情况下，尤其是在高浓度下，这种单调依赖性不再成立。此外，与在低温（300 K）下模型沥青质浓度增加而IFT降低的趋势相反，在高温（473 K）下升高浓度会导致IFT升高。在中等温度（373和423 K）下，该关系甚至可以是非单调的。通过详细分析模型沥青质相对于界面的分布，发现这种复杂的行为是由于甲苯/水相的混溶性，模型沥青质的溶解度以及水与模型沥青质之间形成的氢键之间的微妙平衡造成的。通过提高温度，可提高模型沥青质在甲苯中的溶解度，从而使其从表面活性剂转变为溶质。发现在所有模型沥青质浓度下，压力的影响都非常有限。我们的研究结果首次完整展示了（高温）温度和沥青质浓度对IFT的耦合效应，并且在存在界面界面的情况下，所采用的方法可以扩展到许多其他两相或多相系统中，活性化学品。模型沥青质的溶解度，以及水和模型沥青质之间形成的氢键。通过提高温度，可提高模型沥青质在甲苯中的溶解度，从而使其从表面活性剂转变为溶质。发现在所有模型沥青质浓度下，压力的影响都非常有限。我们的研究结果首次完整展示了（高温）温度和沥青质浓度对IFT的耦合效应，并且在存在界面界面的情况下，所采用的方法可以扩展到许多其他两相或多相系统中，活性化学品。模型沥青质的溶解度，以及水和模型沥青质之间形成的氢键。通过提高温度，可提高模型沥青质在甲苯中的溶解度，从而使其从表面活性剂转变为溶质。发现在所有模型沥青质浓度下，压力的影响都非常有限。我们的研究结果首次完整展示了（高温）温度和沥青质浓度对IFT的耦合效应，并且在存在界面界面的情况下，所采用的方法可以扩展到许多其他两相或多相系统中，活性化学品。导致它们从表面活性剂转变为溶质。发现在所有模型沥青质浓度下，压力的影响都非常有限。我们的研究结果首次完整展示了（高温）温度和沥青质浓度对IFT的耦合效应，并且在存在界面界面的情况下，所采用的方法可以扩展到许多其他两相或多相系统中，活性化学品。导致它们从表面活性剂转变为溶质。发现在所有模型沥青质浓度下，压力的影响都非常有限。我们的研究结果首次完整展示了（高温）温度和沥青质浓度对IFT的耦合效应，并且在存在界面界面的情况下，所采用的方法可以扩展到许多其他两相或多相系统中，活性化学品。