SiO_(2)-H_(2)O纳米流体强化煤尘润湿性的微观机理研究

作     者：赵佳佳 田世祥 李鹏 谢洪高 ZHAO Jiajia;TIAN Shixiang;LI Peng;XIE Honggao

作者机构：贵州大学矿业学院贵州贵阳550025 贵州省复杂地质矿山开采安全技术工程中心贵州贵阳550025 中煤科工集团沈阳研究院有限公司辽宁抚顺113122 

出 版 物：《化工学报》 (CIESC Journal)

年 卷 期：2023年第74卷第9期

页      面：3931-3945页

核心收录：

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(52104079) 贵州省省级科技计划项目(黔科合支撑4Y050) 

主　　题：SiO_(2)-H_(2)O纳米流体 煤尘 润湿性 分子模拟 

摘      要：煤尘污染是世界煤炭行业亟需解决的难题之一,探索绿色高效的新型煤尘润湿剂对于该领域来说具有潜在的应用价值。以Wender模型为研究对象,借助Materials Studio分子模拟软件与物理实验探究了SiO_(2)-H_(2)O纳米流体对煤尘润湿性的影响机制。研究表明:SiO_(2)纳米颗粒(NPs)的反应活性较高,其表面羟基容易与煤分子和水分子形成氢键,从而影响煤尘的润湿特性。NPs与煤分子的相互作用能力较强,其吸附在煤尘表面后能吸附更多的水分子。当体系中NPs的吸附数量为0~5时,随NPs数量的增加,吸附体系中煤和NPs、NPs和水之间的相互作用能以及固-液分子间氢键的数量呈增大的趋势。煤和NPs中氢、氧原子之间的g(r)曲线值最大,峰值较高,而煤和水中氢、氧原子之间的g(r)曲线与之相反。随着NPs吸附数量的增加,水分子均方位移与扩散系数呈增大的趋势,加速了对煤尘的润湿。与水相比,纳米流体具有较低的表面张力,当颗粒浓度为2.0%(质量)时,改性煤尘接触角下降率达到了52.85%~61.51%,同时纳米流体处理后的煤尘表面NPs吸附集聚现象明显。本研究分子模拟结果与实验结果相互验证,阐明了NPs强化煤尘润湿性的微观机理,获得了NPs对煤尘润湿性的影响规律,揭示了NPs在煤尘表面的吸附特征,为SiO_(2)-H_(2)O纳米流体强化煤尘润湿性奠定了理论基础。