非离子表面活性剂调控褐煤润湿性的模拟研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:saisai214
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丰富的含氧基团和发达的孔隙结构所引起的褐煤表面强亲水性是影响其高效利用的关键性制约因素。通过表面活性剂亲水基团对褐煤表面含氧部分的覆盖来强化褐煤疏水性是目前褐煤提质的手段之一,此手段主要依赖于表面活性剂在褐煤表面所形成的吸附层结构,而表面活性剂的结构与组成对吸附层结构有重要影响。相比于实验方法,分子动力学模拟具有安全性高、成本低等优点,且在探索微观机理方面具有不可比拟的优势。鉴于此,本文采用分子动力学模拟的方法来研究非离子表面活性剂结构性能对褐煤润湿性的影响。通过研究非离子表面活性剂中亲水基的类型对其在褐煤表面吸附行为及表面润湿性的影响,可知:拥有极性羟基的十二烷基麦芽糖苷C12G2在褐煤表面的吸附能力明显强于拥有弱极性醚基的十二烷基聚氧乙烯醚C12E7。但C12G2的环状结构导致其在对褐煤表面含氧部分覆盖的同时也会暴露部分极性羟基,因而其形成抑制亲水性的有效吸附层能力较差,从而导致褐煤表面亲水性不降反增。相反,C12E7中醚基对含氧部分的覆盖和疏水链的暴露减弱了褐煤表面的极性,明显降低了其与水分子之间的相互作用,褐煤表面亲水性显著下降。模拟结果与润湿热测量结果一致。在研究了非离子表面活性剂亲水基类型对褐煤表面亲水性抑制效果的基础上,探讨了聚氧乙烯醚型表面活性剂中乙氧基(EO)基团的数量对褐煤表面润湿性的影响。选取乙氧基加成数分别为7,9,15(分别简写为C12E7,C12E9,C12E15)的表面活性剂进行分子动力学模拟。结果表明:表面活性剂中EO基团的增加不仅能够使吸附层更致密而且有利于其在褐煤表面的吸附。乙氧基数量的增加还加大了对褐煤表面含氧基团的覆盖程度,增强了其弱化褐煤与水分子之间强静电作用和氢键作用的能力,最终导致褐煤表面的亲水性随表面活性剂中乙氧基的增加而得到进一步降低。同时,本论文还选取壬基酚聚氧乙烯醚NPEO15和C12E15进行对比考察疏水链中苯环结构的存在对褐煤表面润湿性的影响。模拟结果显示:苯环的存在降低了分子的灵活性,减弱了吸附层结构的有序性,弱化了其在褐煤表面的吸附能力,并最终导致了NPEO15对褐煤亲水性的抑制效率较差。水分复吸表现出相同的结果。本研究对筛选和设计抑制褐煤表面强亲水性的适宜表面活性剂具有一定的理论指导意义。
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