存在 NaCl 条件下基于计算机模拟的 CO$_2$ 水合物三相平衡

在这项工作中，通过分子动力学模拟，确定了作为 NaCl 浓度函数的冰点降低效应对二氧化碳(CO$_2$)水合物分解线条件的影响。特别是，我们使用直接共存技术，在 100、400 和 1000 bar 压力下，测定了水相中初始 NaCl 浓度从 0.0 到 $3.0\,\text{m}$ 的几个点处的三相（固体水合物-水相-液态 CO$_2$）共存温度。我们分别使用了著名的 TIP4P/2005 和 TraPPE 力场来描述水和 CO$_2$ 分子。此外，水-盐相互作用使用 Madrid-2019 力场描述，该力场是专门为各种盐与 TIP4P/2005 水模型组合而开发的。根据这项工作获得的结果，当初始水相中的 NaCl 浓度增加时，CO$_2$ 水合物的分解温度降低。所得结果与文献中报道的实验数据高度一致。我们还观察到，当 NaCl 浓度增加时，CO$_2$ 水合物的融化和生长动力学变得更为缓慢。因此，当 NaCl 浓度增加时，需要更长的模拟时间（数十微秒量级）。最后，我们还通过在 400 bar 压力下，对两种不同的 NaCl 浓度（0.0 和 $3.0\,\text{m}$）进行两种不同系统尺寸的模拟，分析了这些系统三相共存温度的有限尺寸效应。在两种系统尺寸获得的结果之间发现了不可忽略的偏差。