聚合物-表面活性剂协同抑尘机制研究：揭示煤炭铁路运输中高效环保抑尘剂的分子作用机理

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Study on the mechanism of polymer and surfactant in dust suppressant for coal railway transportation

本文通过实验、量子化学和分子动力学模拟相结合的方法，系统研究了聚丙烯酰胺(PAM)、羧甲基纤维素钠(CMC-Na)和十二烷基硫酸钠(SDS)在煤炭抑尘中的协同作用机制。研究提出了"SDS界面润湿–CMC-Na水化桥接–PAM网络强化"的动态协同吸附模型，成功解决了快速润湿（11秒）与持久粘附（风蚀损失仅3.6%）之间的传统矛盾，为开发高效环保的煤炭运输抑尘剂提供了分子层面的理论依据。

　　

Highlight

本研究亮点在于揭示了复合抑尘剂中各组分的协同作用机制：SDS通过吸附和降低蒸发实现快速界面润湿，CMC-Na通过纳米孔道中的高密度水化作用固定水分，而PAM则通过形成氢键网络桥接介观空隙，整合各组分功能。

沉降实验结果分析

抑尘剂溶液对煤尘的润湿效果通过测量煤颗粒形成稳定悬浮液所需的沉降时间来评估。较短的沉降时间表明煤-水相互作用增强，润湿性改善。主要沉降阶段后，由于表面张力效应，少量煤残留物仍悬浮在气-液界面。因此，本实验记录的沉降时间特指大部分煤颗粒从悬浮状态沉降到底部所需的时间。

结论

(1) 本研究证明抑尘性能取决于聚合物-表面活性剂的协同作用。虽然CMC-Na + SDS在润湿方面表现优异，PAM + SDS在抗侵蚀方面效果显著，但它们的三元组合实现了平衡的性能：11秒润湿时间，4小时后保持44.12%的含水率，风蚀损失仅为3.6%。这成功解决了快速润湿与持久粘附之间的传统矛盾。

(2) 我们提出了创新的"SDS界面润湿–CMC-Na水化桥接–PAM网络强化"动态协同吸附机制。该机制阐明了在分子水平上，SDS促进快速润湿，CMC-Na通过纳米孔道水化实现水分保持，而PAM通过氢键网络桥接介观空隙，整合各组分功能。