表面活性剂保水机理的分子动力学研究
雷咸锐1
徐晓波1
刘硕2
1.山西潞安环保能源开发股份有限公司 安全监察部,山西 长治 0462992.太原理工大学 安全与应急管理工程学院,山西 太原 030024
摘要：在煤矿降尘作业中,表面活性剂因其能够显著提高喷雾降尘效率而被广泛应用.为系统地探究表面活性剂的保水性能及其作用机制,采用实验研究与分子动力学模拟相结合的方法对其进行了研究.通过实验方法分析表面活性剂对煤尘保湿性能的影响,对添加十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)、十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基三甲基甜菜碱(BS-12)、脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-7)等 4 种不同类型表面活性剂的煤尘样品进行定期称重,计算不同煤种的保水率,分析各类表面活性剂的保水能力;为揭示微观层面的作用机制,构建了包含 30 个表面活性剂分子和1 800 个水分子的 4 种表面活性剂水溶液模型并进行了分子动力学模拟,分析表面活性剂分子亲水头基周围形成的水合层特性及其解离能垒的差异,研究不同表面活性剂保水能力差异的微观机理.结果表明:在100 h的实验周期后,所有添加表面活性剂煤样的保水性均得到显著增强,其中阴离子表面活性剂SDS表现出最为优异的保水效果;不同表面活性剂的亲水头基通过电荷相互作用或氢键作用吸引水分子,在其周围形成水合层,这是表面活性剂具备保水能力的根本原因;具体而言,DTAB、SDS、BS-12 和AEO-7 4 种表面活性剂的亲水头基与其第 1 水合层水分子间的平均距离分别为 0.41、0.15、0.15、0.18 nm,阴离子型表面活性剂SDS和两性型表面活性剂BS-12 的亲水头基与第 1 水合层距离更近,形成的氢键数量更多且峰值强度更高,表明其水合作用更强、保水效果更为稳定;通过比较水分子与表面活性剂亲水头基之间的解离能垒,可以看出 4 种表面污性剂保水能力从大到小依次为SDS、BS-12、AEO-7、DTAB.
关键词：表面活性剂保水机理分子动力学水合层离解能垒
分类号：TD712(矿山安全与劳动保护)
资助基金：山西省基础研究计划资助项目(202203021212218)山西省基础研究计划资助项目(202203021222132)
论文发表日期：2025-10-30
在线出版日期：2025-10-28（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：8( 86-93 )
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