基于分子模拟与实验表征的表面活性剂对卤盐抑制剂润湿烟煤性能影响的研究

推荐 为解决传统卤盐抑制剂在烟煤自燃防治中存在的润湿性差、水吸收不足及作用时间短等问题，研究人员通过分子动力学模拟与实验结合，探究了四种十二烷基型阴离子表面活性剂（SDBS、MAPK、SDS、ALSA）对抑制剂的改性效果。结果表明，ALSA改性抑制剂显著提升润湿性，其接触角降低66.50%，水保留率达32.71%，为煤炭自燃防控提供了理论与实践依据。

　　

论文解读
煤炭作为全球三大主要能源之一，在中国储量丰富且开采规模庞大。然而，烟煤因其低变质程度、高硫含量及开采过程中遗留的残煤特性，极易在采空区发生自燃。矿井火灾不仅造成煤炭资源浪费，还会释放有毒气体，甚至引发瓦斯与煤尘爆炸，严重威胁矿井安全。卤盐抑制剂（如NaCl、MgCl?、CaCl?）因其低成本、安全性高及制备简单，成为矿井防灭火的主要材料。然而，传统卤盐抑制剂存在润湿性差、水吸收能力弱及作用时间短等缺陷，限制了其实际应用效果。

为解决上述问题，中国研究人员采用分子模拟与实验结合的方法，选取四种十二烷基型阴离子表面活性剂（SDBS、MAPK、SDS、ALSA）对卤盐抑制剂进行改性，并系统评估其对烟煤润湿性能的提升效果。研究结果表明，ALSA改性抑制剂在润湿性方面表现最优，其接触角降低幅度达66.50%，水保留率最高为32.71%，且形成的氧阻隔膜最为完整。分子动力学模拟进一步揭示，ALSA分子通过氢键作用显著增强溶液对煤体的润湿能力，其形成的氢键数量（1,338个）较其他表面活性剂高出至少9.09%。此外，量子化学模拟表明，ALSA具有最佳的微观反应活性，其HOMO-LUMO能级差有利于增强与煤表面的相互作用。

研究方法上，研究人员首先通过分子动力学模拟构建了“表面活性剂-卤盐抑制剂”及“改性抑制剂-烟煤”两大体系，利用Forcite模块计算氢键数量、径向分布函数（RDF）及扩散系数等参数。实验部分则采用接触角测量、表面张力测试及沉降速率分析等手段验证模拟结果。具体而言，ALSA改性抑制剂在接触角实验中表现出显著降低效果，从原始抑制剂的78°降至26°；表面张力由96.52 mN·m?1降至42.31 mN·m?1，表明其润湿能力大幅提升。

研究结论指出，四种表面活性剂均能有效提升卤盐抑制剂的润湿性能，其中ALSA效果最佳，其次为SDS、SDBS和MAPK。这一发现为卤盐抑制剂在煤炭自燃防治中的优化应用提供了理论依据。此外，研究还强调，通过表面活性剂改性可显著延长抑制剂的作用时间，并增强其在煤体表面的附着力，从而提高防灭火效率。该成果不仅深化了对表面活性剂作用机制的理解，还为矿井安全生产提供了新的技术路径。

值得注意的是，研究还发现表面活性剂的亲水基团与疏水链结构对其润湿性能具有关键影响。ALSA分子因其独特的化学结构，能够在煤-抑制剂界面形成稳定的“桥梁”效应，从而显著改善润湿效果。这一发现为未来设计高效防灭火材料提供了重要参考。

综上所述，本研究通过多尺度研究方法系统揭示了表面活性剂对卤盐抑制剂润湿性能的增强机制，其成果在煤炭自燃防治领域具有重要应用价值。未来研究可进一步探索不同表面活性剂复配体系的效果，以开发更高效的防灭火材料。