2 分子動力學模擬

2.1 模型構建

構建的ALES、SLES和SDS分子模型，LRC分子模型是基於WENDER等開發的模型構建的，該模型具有LRC的基本特征(包括羧基、酮基、酚基、醇基、醚基、呋喃環)。

利用Materials Studio的Forcite模塊對分子結構進行幾何優化退火優化，選用COMPASS力場進行分子動力學模擬。將20個LRC分子、20個表麵活性劑分子和1000個水分子放入尺寸為37 Å×37 Å×150 Å的盒子中，構建了ALES/LRC/H2O(體係A)、SLES/LRC/H2O(體係S)和SDS/LRC/H2O(體係D)，體係中增加了60 Å厚度的真空層，以避免周期性效應。模擬參數設置見表3。

模擬後表麵活性劑、H2O和LRC在分子間相互作用力的影響下聚集在一起，並在固液界麵處呈現出表麵活性劑分子疏水尾鏈吸附在LRC表麵，親水基團朝向水分子的平衡構型。

2.2 靜電勢(EP)分析

利用DMol3模塊計算了表麵活性劑分子和LRC分子的EP，EP的大小反映了整個分子的電荷分布。靜電勢值見表4。

界麵水層中表麵活性劑分子的形態為親水性頭基朝向水相，疏水性尾鏈朝向LRC表麵，表明表麵靜電勢的存在使水分子可以通過氫鍵緊密地連接在一起，表麵活性劑分子在提高LRC親水性方麵起到橋聯作用。理論上，如果水分子與其他分子位點接觸的EP值大於水分子該位點的最大值(0.03889 a.u.)或小於其最小值(-0.03755 a.u.)，則水分子與其他分子之間的相互作用力大於分子間存在的氫鍵作用，則可判定該分子具有較強的親水性，且該分子親水能力隨最大和最小表麵靜電勢絕對值的增加而增大。鑒於表麵活性劑分子由水解陰、陽離子組成，因此應計算總EP來評價其親水性。根據表4可得EP值的大小排序為SLES>SDS>ALES。因此，3種表麵活性劑的親水能力大小排序為ALES>SDS>SLES。

2.3 氫鍵分析

表麵活性劑分子與LRC之間形成的氫鍵數量可以用來評價其在LRC表麵的吸附能力。為了定量分析不同表麵活性劑在LRC表麵的吸附能力，利用perl腳本計算了3個體係中氫鍵的數量，其隨時間的變化曲線可知，3個體係中氫鍵數量的排序為A>S>D。因此，ALES在LRC表麵的吸附能力較強，這得益於ALES中的EO基團、NH增加了各自體係中的氫鍵數量，從而使體係更加穩定。

2.4 密度分布

3個體係沿Z軸的密度分布，3個體係在Z方向的密度分布曲線中，兩條黑色虛線分別代表水分子密度為0.1 g/cm3和0.9 g/cm3的位置(顏色標識見電子版)，兩條虛線之間的距離代表Z方向的界麵水層厚度(d)。其中，體係D的界麵水層厚度最小(7 Å)，體係A、S的界麵水層厚度較大(分別為11 Å、13.5 Å)，說明具有EO基團的ALES、SLES在LRC表麵有較強保水能力。體係A的界麵水層厚度(11 Å)略小於體係S(13.5 Å)，這是因為體係A中有部分水分子已進入LRC內部，而與界麵水層分離，導致體係A的界麵水層厚度收縮。體係A中ALES和NH4+、體係S中SLES和Na+以及體係D中SDS和Na+滲入LRC表麵最深的位置分別為27 Å、35 Å、30 Å、38 Å、32 Å、42 Å。體係A、S、D中水分子分別可滲入至24 Å、37 Å、24 Å位置，且體係A中水分子在27 Å處的密度遠大於體係S、D。因此，ALES、NH4+在LRC表麵的滲透能力最強，從而使其周圍水分子能夠最大程度突破LRC的限製而深入其內部，從而達到較好的潤濕LRC的效果。

3 結論

(1) 3種表麵活性劑溶液潤濕LRC存在一個拐點區域為2‰~3‰。當濃度小於拐點濃度時，3種表麵活性劑潤濕LRC的能力排序為ALES>SLES>SDS；當濃度大於拐點濃度時，3種表麵活性劑溶液潤濕LRC的能力排序為ALES>SDS>SLES。因此，高、低濃度的ALES溶液對LRC粉塵均具有較強的潤濕性能。

(2) 紅外光譜測試結果顯示ALES、SLES、SDS在LRC表麵均發生了不同程度的吸附，其中ALES在LRC表麵的吸附能力最強，主要得益於ALES分子結構中的EO基團以及NH4+，增加了該體係中氫鍵供體和受體的數量，使體係A中的氫鍵數量最多，從而增強了體係A的穩定性。

(3) LRC表麵靜電勢計算結果顯示，SDS的水解陰、陽離子具有較大的EP，分別為-0.17759 a.u.、0.32626 a.u.，使其對周圍水分子的約束力較強，不利於水分子在LRC表麵的擴散。綜合表麵靜電勢由大到小的排序為SLES>SDS>ALES，體現了3種表麵活性劑親水能力的強弱，排序為ALES>SDS>SLES。

(4) 3個體係沿Z軸的密度分布結果顯示，具有EO基團的ALES和SLES在LRC表麵有較強的保水作用。ALES的水解陰、陽離子可滲入至低階煤表麵27 Å、35 Å處，說明ALES在LRC表麵的滲透能力最強，使其周圍水分子能夠最大程度突破LRC的限製而深入其內部，從而達到較好潤濕LRC的效果。