基于Dmol3模块的不同表面活性剂对煤尘润湿性的影响
聂文
牛文进
鲍秋
于丰宁
田起凡
山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地,山东青岛 266590;山东科技大学安全与环境工程学院,山东青岛 266590
摘要：煤尘防治一直是煤矿井下亟需解决的现实难题,以喷雾技术为基础,通过添加抑尘剂实现对煤尘的有效沉降具有较好的应用前景.但制备抑尘剂的过程中,原材料表面活性剂的遴选往往以实验方式进行,存在效率较低、成本较高以及实验条件苛刻等技术难题.随着分子模拟技术已相当成熟并广泛应用于物理、化学、生物等多个领域,成为物质结构分析、过渡态搜索等重要手段,因此利用分子模拟技术,借助量子化学分析中前线轨道能量差作为表面活性剂润湿性的主要判据,以表面活性剂分子的静电势极值大小和氢键数量为辅助手段,对快速渗透剂T、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、椰油酰胺丙基甜菜碱(CAB)的煤尘润湿性进行讨论.通过表面张力、表面活性剂毛细反渗透实验和接触角实验对上述表面活性剂的润湿性进行宏观论证;并在分子层面通过建立煤/水/表面活性剂动力学模型进行分子动力学分析,观察不同表面活性剂体系下各分子间的相互运动趋势,并对模拟结果进行相对浓度、均方位移和径向函数分布分析,在分子层面对不同的表面活性剂的润湿性能进行验证.结果表明:快速渗透剂T的前线轨道能量差与水分子形成的氢键数目为5.077 eV、1 098 个,SDBS 为 4.387 eV、1 046 个,CAB 为 2.077 eV、1 029 个;而 3 者的水溶液对煤尘的最小表面张力、接触角和煤尘渗透高度分别是23.80 mN/m、27.12°、4.1 cm;26.83 mN/m、32.69°,3.2 cm;29.94 mN/m、39.61°、1.4 cm.随着轨道能量差的减小,表面活性剂溶液对煤尘的润湿效果也逐步下降,表面活性剂前线轨道能量差与其润湿性有直接联系,表面活性剂轨道能量差越大,与水分子形成的氢键数量越多,则表面活性剂溶液的润湿性越好,这与相对浓度、径向函数等分析也相一致,实验结果与与分子模拟结果展现出相同的变化规律,验证了模拟的合理性.
关键词：表面活性剂前线轨道能量差静电势分子动力学模拟
分类号：TD714(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(52174191)国家自然科学基金(51874191)
论文发表日期：2023-03-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：12( 1255-1266 )
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