分子动力学模拟揭示腰果酚基表面活性剂对煤表面润湿性的调控机制

本研究通过分子动力学模拟（MD）探究腰果酚聚氧乙烯醚（CPE）、腰果酚磺酸钠（CS）和腰果酚季铵盐（CQAS）在煤/水界面的吸附行为，发现三者均能自发吸附于煤表面，破坏水化层并排斥水分子，其中CPE效果最佳（水分子自扩散系数达10.04×10-9 m2/s），为微乳液捕收剂（Microemulsion collector）设计提供理论依据。

　　

Highlight

腰果酚基表面活性剂分子

腰果酚聚氧乙烯醚（CPE）、腰果酚磺酸钠（CS）和腰果酚季铵盐（CQAS）的分子模型（图1）通过DMol3模块进行几何优化，采用GGA-PW91泛函、全电子核处理、DNP 3.5基组，收敛加速使用DIIS方法，电荷类型选择ESP。

Conclusions

1. 1.

   腰果酚基表面活性剂在煤表面的动态平衡构型与浓度分布表明，CPE、CS和CQAS均能吸附于煤表面，破坏煤表面水化层并推离水分子，其中CPE效果最优——其极性基团锚定煤表面，非极性基团向水中伸展缠绕，显著提升煤表面疏水性。

2. 2.

   相互作用能与扩散分析显示，CPE/煤/水体系的煤-水相互作用能最高，水分子自扩散系数达10.04×10^-9 m²/s，较纯煤/水体系提升68%，证实CPE可高效削弱煤-水结合能力。

3. 3.

   本研究为绿色表面活性剂（Cashew phenol-based surfactants）在微乳液捕收剂中的应用提供了分子层面的作用机制解析。