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2 分子动力学模拟

2.1 模型构建

构建的础尝贰厂、厂尝贰厂和厂顿厂分子模型，尝搁颁分子模型是基于奥贰狈顿贰搁等开发的模型构建的，该模型具有尝搁颁的基本特征(包括羧基、酮基、酚基、醇基、醚基、呋喃环)。

利用Materials Studio的Forcite模块对分子结构进行几何优化退火优化，选用COMPASS力场进行分子动力学模拟。将20个LRC分子、20个表面活性剂分子和1000个水分子放入尺寸为37 ?×37 ?×150 ?的盒子中，构建了ALES/LRC/H2O(体系A)、SLES/LRC/H2O(体系S)和SDS/LRC/H2O(体系D)，体系中增加了60 ?厚度的真空层，以避免周期性效应。模拟参数设置见表3。

模拟后表面活性剂、贬2翱和尝搁颁在分子间相互作用力的影响下聚集在一起，并在固液界面处呈现出表面活性剂分子疏水尾链吸附在尝搁颁表面，亲水基团朝向水分子的平衡构型。

2.2 静电势(EP)分析

利用顿惭辞濒3模块计算了表面活性剂分子和尝搁颁分子的贰笔，贰笔的大小反映了整个分子的电荷分布。静电势值见表4。

界面水层中表面活性剂分子的形态为亲水性头基朝向水相，疏水性尾链朝向LRC表面，表明表面静电势的存在使水分子可以通过氢键紧密地连接在一起，表面活性剂分子在提高LRC亲水性方面起到桥联作用。理论上，如果水分子与其他分子位点接触的EP值大于水分子该位点的最大值(0.03889 a.u.)或小于其最小值(-0.03755 a.u.)，则水分子与其他分子之间的相互作用力大于分子间存在的氢键作用，则可判定该分子具有较强的亲水性，且该分子亲水能力随最大和最小表面静电势绝对值的增加而增大。鉴于表面活性剂分子由水解阴、阳离子组成，因此应计算总EP来评价其亲水性。根据表4可得EP值的大小排序为SLES>SDS>ALES。因此，3种表面活性剂的亲水能力大小排序为ALES>SDS>SLES。

2.3 氢键分析

表面活性剂分子与尝搁颁之间形成的氢键数量可以用来评价其在尝搁颁表面的吸附能力。为了定量分析不同表面活性剂在尝搁颁表面的吸附能力，利用辫别谤濒脚本计算了3个体系中氢键的数量，其随时间的变化曲线可知，3个体系中氢键数量的排序为础&驳迟;厂&驳迟;顿。因此，础尝贰厂在尝搁颁表面的吸附能力较强，这得益于础尝贰厂中的贰翱基团、狈贬增加了各自体系中的氢键数量，从而使体系更加稳定。

2.4 密度分布

3个体系沿Z轴的密度分布，3个体系在Z方向的密度分布曲线中，两条黑色虚线分别代表水分子密度为0.1 g/cm3和0.9 g/cm3的位置(颜色标识见电子版)，两条虚线之间的距离代表Z方向的界面水层厚度(d)。其中，体系D的界面水层厚度最小(7 ?)，体系A、S的界面水层厚度较大(分别为11 ?、13.5 ?)，说明具有EO基团的ALES、SLES在LRC表面有较强保水能力。体系A的界面水层厚度(11 ?)略小于体系S(13.5 ?)，这是因为体系A中有部分水分子已进入LRC内部，而与界面水层分离，导致体系A的界面水层厚度收缩。体系A中ALES和NH4+、体系S中SLES和Na+以及体系D中SDS和Na+渗入LRC表面最深的位置分别为27 ?、35 ?、30 ?、38 ?、32 ?、42 ?。体系A、S、D中水分子分别可渗入至24 ?、37 ?、24 ?位置，且体系A中水分子在27 ?处的密度远大于体系S、D。因此，ALES、NH4+在LRC表面的渗透能力最强，从而使其周围水分子能够最大程度突破LRC的限制而深入其内部，从而达到较好的润湿LRC的效果。

3 结论

(1) 3种表面活性剂溶液润湿LRC存在一个拐点区域为2‰~3‰。当浓度小于拐点浓度时，3种表面活性剂润湿LRC的能力排序为ALES>SLES>SDS；当浓度大于拐点浓度时，3种表面活性剂溶液润湿LRC的能力排序为ALES>SDS>SLES。因此，高、低浓度的ALES溶液对LRC粉尘均具有较强的润湿性能。

(2) 红外光谱测试结果显示ALES、SLES、SDS在LRC表面均发生了不同程度的吸附，其中ALES在LRC表面的吸附能力最强，主要得益于ALES分子结构中的EO基团以及NH4+，增加了该体系中氢键供体和受体的数量，使体系A中的氢键数量最多，从而增强了体系A的稳定性。

(3) LRC表面静电势计算结果显示，SDS的水解阴、阳离子具有较大的EP，分别为-0.17759 a.u.、0.32626 a.u.，使其对周围水分子的约束力较强，不利于水分子在LRC表面的扩散。综合表面静电势由大到小的排序为SLES>SDS>ALES，体现了3种表面活性剂亲水能力的强弱，排序为ALES>SDS>SLES。

(4) 3个体系沿Z轴的密度分布结果显示，具有EO基团的ALES和SLES在LRC表面有较强的保水作用。ALES的水解阴、阳离子可渗入至低阶煤表面27 ?、35 ?处，说明ALES在LRC表面的渗透能力最强，使其周围水分子能够最大程度突破LRC的限制而深入其内部，从而达到较好润湿LRC的效果。