煤炭学报

作者：张江石, 贾宏福, 任晓锋, 王亚南, 张琪, 佟林全, 王彦辉,

关键词：无烟煤, 润湿性, 表面活性剂, 亲水基团, 分子模拟,

表面活性剂被广泛应用于水基降尘技术，其润湿煤尘的主控因子为亲水基团(HG)。为明确表面活性剂中HG对煤尘润湿性的影响，通过宏观润湿性能测试、量子化学计算(DFT)，并结合分子模拟，探究了十二烷基型表面活性剂(C12H25–HG)常见亲水基团(\mathrmSO_4^- 、PO4H、OH、COO–)在无烟煤表面润湿差异及固–液界面调控机制。结果表明：亲水基团对无烟煤的润湿效果排序为：\mathrmSO_4^- > COO– > PO4H > OH；HG吸附至无烟煤表面，相对增加了疏水位点C—O质量分数，易形成氢键，有助于改善无烟煤润湿性；无烟煤中大部分正负电势区域都小于水分子之间的正负电势极值是无烟煤润湿性差的内在原因，HG与水分子的极值差(ΔESP)与接触角呈线性负相关，可作为评价表面活性剂润湿性能的参考指标；表面活性剂溶液–煤微观润湿界面中，根据径向分布函数(RDF)判断含不同HG的表面活性剂在无烟煤界面的吸附能力依次为：\mathrmSO_4^- > COO– > OH > PO4H；相比于其他亲水基团，HG(\mathrmSO_4^- )，煤与水的相互作用能最大，氢键数目最多，水分子扩散系数提高了46.3%，吸附量增加了27.43%；HG一方面与水分子具有较强的相互作用，易形成强氢键，另一方面其吸附于煤–水界面，增强了水分子向煤表面的扩散系数，导致水分子吸附量增大，进而强化了煤尘润湿性；筛选或设计降尘剂时，可考虑引入强极性HG(\mathrmSO_4^- )以提高无烟煤润湿效率。研究结果为矿井粉尘治理中表面活性剂的应用提供理论依据和参考。

来源：2025年第4期

《煤炭学报》期刊编辑部

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