褐煤表面吸水機理及潤濕性調控的分子模擬研究.pdf

1、褐煤儲量豐富，應用前景十分廣闊。但豐富的孔隙結構和大量的含氧基團造成褐煤具有高含水的特性，限制了其高效利用。如何降低褐煤表面親水性，抑制水分復吸，成為褐煤提質利用的技術關鍵。目前主要的脫水干燥技術有蒸發(fā)干燥和非蒸發(fā)干燥技術，這些方法具有能耗大、環(huán)境污染嚴重等缺陷。采用藥劑對褐煤表面強極性含氧官能團進行吸附覆蓋，阻斷其與水分子的相互作用，可有效降低褐煤表面親水性。
　　本文首先選取經典的褐煤模型，采用量子化學密度泛函理論研究了褐煤表

2、面不同含氧官能團對水分子的吸附行為和吸附能力。采用非極性的正辛烷、正十二烷和正十六烷，運用分子動力學（MD）模擬方法考察其在褐煤表面的吸附形貌及吸附能力。由于非極性烷烴在褐煤表面吸附作用不強，故選取具有兩親結構的表面活性劑十二烷基磺酸鈉（SDS）、十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）和十二烷基三甲基溴化銨（DTAB），采用MD方法研究其在褐煤表面的吸附行為及對褐煤潤濕性影響。分子模擬計算得到的主要結論如下：
　?。?）水分子在羧基位點形成

3、兩個氫鍵，而在其他含氧官能團位點形成一個氫鍵。含氧官能團中氧原子得電子，導致O-H、C=O和C-O鍵長發(fā)生變化，由于吸附態(tài)的不同使得水分子的鍵角變化出現差異性。不同位點吸附強弱順序為：羧基>酚羥基>醇羥基>羰基>醚鍵。
　?。?）對單分子烷烴進行量子化學計算，發(fā)現隨著鏈長的增加，LUMO-HOMO越低，單分子與褐煤作用時能量越大。隨著烷烴鏈長的增加，烷烴-水體系中烷烴的擴散系數逐漸增大。通過對烷烴-褐煤體系MD計算，結果表明烷烴鏈

4、長越短，擴散系數及其與褐煤表面的相互作用能越大。
　?。?）吸附DTAB的褐煤的表面積最大，DTAB與褐煤表面的相互作用最強，徑向分布函數表明其極性基與褐煤表面的含氧基團吸附距離最小。而陰離子型表面活性劑在褐煤表面的吸附作用較弱。
　?。?）對褐煤-表面活性劑-水體系吸附形貌及相對濃度分布進行分析，發(fā)現水分子散落的分布在吸附DTAB的褐煤表面；SDBS離子中的苯環(huán)的空間排布靠近褐煤體相；三種表面活性劑的極性基團基本上吸附在褐