基于分子动力学模拟的改性大豆分离蛋白对烟煤润湿性调控机制研究

为解决煤炭开采中粉尘污染问题，研究人员通过接枝共聚技术将大豆分离蛋白(SPI)与聚丙烯酰胺(PAM)和甘油(Gl)改性，复合表面活性剂APG制备新型抑尘剂SPI-Gl。结合实验与分子动力学(MD)模拟证实，该抑尘剂通过增强界面吸附力(吸附层厚度增至26??)和降低水分子扩散系数(0.2960)，使煤样失水率降至28.5%，为开发环保型聚合物抑尘剂提供理论依据。

　　

煤炭作为我国主要能源，其开采运输过程中产生的粉尘污染日益严重。露天堆放的煤粉在风力作用下会引发资源浪费、空气污染甚至爆炸事故。传统大豆分离蛋白(SPI)虽具生物可降解优势，但其对低表面能煤粉的润湿性能不足。为此，山东科技大学的研究团队创新性地采用接枝共聚技术，以SPI为基质，与聚丙烯酰胺(PAM)和甘油(Gl)单体进行化学改性，并复合表面活性剂月桂基葡糖苷(APG)，成功研制出具有优异润湿性能的SPI-Gl聚合物抑尘剂。相关成果发表在《Powder Technology》上。

研究采用正交试验优化配方比例，通过接触角测定、水分保持率测试等实验手段，结合Materials Studio软件构建烟煤/抑尘剂分子模型进行分子动力学(MD)模拟。关键发现包括：SPI-Gl处理后的煤样144小时水分保持率达28.5%，显著高于清水组(6.1%)；MD模拟显示抑尘剂使水/煤界面吸附层厚度从19??增至26??，水分子扩散系数降至0.2960；SPI-Gl分子与煤表面的相互作用能低至-534.0296?kcal/mol，证实其通过增强界面吸附抑制水分子迁移。

研究结论部分指出，改性后的SPI-Gl分子具有更高电负性(最大负电位-0.056?eV)和正电位(0.042?eV)，能更有效吸附于煤表面。这种原子尺度的相互作用机制阐释了抑尘剂提升润湿性的本质：通过增加界面吸附层厚度、降低水分子运动活性，形成稳定的"水膜-煤粉"复合体系。该研究不仅为开发可降解抑尘材料提供新思路，其创新的"实验-MD模拟"双验证模式也为粉尘治理技术优化建立了方法论范式。国家自然科学基金(52074171)等项目的支持凸显了该成果在矿山环境治理领域的战略价值。