劉 碩，葛少成，王俊峰，孫麗英，陳 曦，荊德吉，康健婷

(1.太原理工大學(xué) 安全與應(yīng)急管理工程學(xué)院，山西 太原 030024；2.太原理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，山西 太原 030024；3.遼寧工程技術(shù)大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 阜新 123000)

0 引言

據(jù)《世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒》，2019年全球煤炭消耗量較上一年下降了0.6%，而同期我國(guó)煤炭總產(chǎn)量和消費(fèi)量分別增長(zhǎng)4.2%和2.3%，占世界總產(chǎn)量和消費(fèi)量的47.63%和51.74%。這說(shuō)明，煤炭作為我國(guó)主體能源的地位不會(huì)改變，需求總量依然較大[1]。

在煤礦的大規(guī)模開(kāi)采活動(dòng)中，礦井的粉塵污染，已經(jīng)嚴(yán)重影響企業(yè)的安全生產(chǎn)，威脅工人的職業(yè)衛(wèi)生健康[2]。煤層注水防塵和噴霧除塵是煤礦防止煤塵災(zāi)害的積極措施，也是我國(guó)目前廣泛采用的防塵措施[3]。但是在傳統(tǒng)的防塵工作中，煤體的親水性強(qiáng)弱直接影響著煤體潤(rùn)濕和噴霧捕塵效果[4]。人為影響煤表面潤(rùn)濕性的主要方式為添加表面活性劑，水溶液加入表面活性劑可以降低水的表面張力，從而提高水對(duì)煤的潤(rùn)濕能力。為了能獲得較好的潤(rùn)濕和捕塵效果，認(rèn)識(shí)表面活性劑、煤和水的相互作用機(jī)理，針對(duì)不同煤種尋找合適的表面活性劑無(wú)疑是非常必要的[5]。

目前，研究人員在表面活性劑影響煤浸潤(rùn)性方面開(kāi)展了大量的工作，在理論、實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用中取得了較大進(jìn)步[6-7]。關(guān)于表面活性劑的研究主要集中在測(cè)定表面張力、光散射性質(zhì)、流變性質(zhì)、微觀形貌等實(shí)驗(yàn)表征手段去推測(cè)作用機(jī)理并取得了一定進(jìn)展，但是由于對(duì)煤層或煤體的表面活性劑微觀浸潤(rùn)機(jī)理不清，很大程度上制約了煤層注水防塵和噴霧除塵技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。鑒于此，首先通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究煤的潤(rùn)濕性與煤中成分的關(guān)系，然后對(duì)比研究所選取的4種類型的表面活性劑對(duì)不同煤種潤(rùn)濕性的影響，并利用Materials Studio的量子化學(xué)計(jì)算DMol3模塊對(duì)4種表面活性劑分子、H2O分子和3種不同變質(zhì)程度煤模型進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)優(yōu)化和表面靜電勢(shì)計(jì)算。從表面靜電勢(shì)的角度分析煤-表面活性劑-水三者相互作用關(guān)系，進(jìn)而探究表面活性劑對(duì)煤浸潤(rùn)性影響的機(jī)理。

1 實(shí)驗(yàn)及模擬方法

1.1 表面活性劑的選擇

為了對(duì)比分析4種不同類型表面活性劑在改變煤潤(rùn)濕性能的差異，分別從陽(yáng)離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、兩性表面活性劑和非離子表面活性劑4大類型表面活性劑中各選取1種。本文選取的4種表面活性劑為：陽(yáng)離子表面活性劑：十二烷基三甲基溴化銨(DTAB)；陰離子表面活性劑：十二烷基硫酸鈉(SDS)[8]；兩性表面活性劑：十二烷基三甲基甜菜堿(BS-12)；非離子表面活性劑：脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-7)。這4種表面活性劑具有相同的憎水尾鏈，均為12個(gè)碳鏈，可以盡量保證對(duì)比分析表面活性劑時(shí)消除尾基不同造成的影響。

1.2 工業(yè)分析方法

煤的工業(yè)分析是對(duì)煤質(zhì)進(jìn)行判斷的重要指標(biāo)之一，具體測(cè)定指標(biāo)為水分、灰分、揮發(fā)分和固定碳。本文采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 212—2008《煤的工業(yè)分析方法》分別對(duì)云南昭通(ZT)褐煤、內(nèi)蒙黑岱溝(HDG)長(zhǎng)焰煤、山西古交鎮(zhèn)城底(ZCD)焦煤和山西陽(yáng)煤五礦(WK)無(wú)煙煤進(jìn)行工業(yè)分析。將不同變質(zhì)程度煤的潤(rùn)濕性同其水分、灰分、揮發(fā)分和固定碳進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析。

1.3 煤潤(rùn)濕性測(cè)試

煤的潤(rùn)濕性利用透過(guò)高度法進(jìn)行表征，透過(guò)高度法是將含不同浸潤(rùn)能力的粉體玻璃管放入液體中，在達(dá)到吸附穩(wěn)定時(shí)液體會(huì)上升至不同的高度。煤的潤(rùn)濕性由液體在由粉體柱形成的多孔塞中上升的高度或粉體吸水增重量等參數(shù)進(jìn)行表征。

首先將選用的ZT褐煤、HDG長(zhǎng)焰煤、ZCD焦煤和WK無(wú)煙煤用顎式破碎機(jī)破碎，然后篩選60～80目(250～180 μm)煤粉分別均勻置于測(cè)量玻璃管中。下方溶液器皿中分別盛有250 mL水或表面活性劑溶液。前人研究認(rèn)為表面活性劑濃度在達(dá)到臨界膠束濃度后各項(xiàng)性質(zhì)趨于穩(wěn)定，故DTAB溶液、SDS溶液、BS-12溶液和AEO-7溶液濃度采用為5 g/L，均大于臨界膠束濃度。下方器皿中溶液會(huì)因毛細(xì)作用滲入測(cè)量玻璃管中，液體在玻璃管中上升高度越高，煤粉吸水增重越大，煤的潤(rùn)濕性越好；液體在玻璃管中上升高度越低，煤粉吸水增重越小，煤潤(rùn)濕性越差。

1.4 量子化學(xué)計(jì)算

從微觀角度來(lái)看，煤體表面由于存在各向異性而導(dǎo)致電荷的不均勻分布。煤體正電勢(shì)部位容易吸附呈現(xiàn)負(fù)電勢(shì)的分子，同樣煤體負(fù)電勢(shì)部位容易吸附帶正電荷的分子。對(duì)于不同變質(zhì)程度煤體的潤(rùn)濕性的差異，就是煤分子和H2O分子的表面靜電勢(shì)差異的體現(xiàn)。H2O分子以及表面活性劑分子同煤分子接觸并相互作用的結(jié)果是受各分子的表面靜電勢(shì)所主導(dǎo)的[9]。故分析各相關(guān)分子的表面靜電勢(shì)可以更好地理解不同表面活性劑影響煤潤(rùn)濕性的機(jī)理。

利用Materials Studio程序的DMol3模塊，在GGA/BLYP水平上對(duì)所構(gòu)建的煤、水及相關(guān)表面活性劑分子的簡(jiǎn)化模型進(jìn)行幾何優(yōu)化，計(jì)算煤分子表面靜電勢(shì)(ESP)。通過(guò)相關(guān)分子表面靜電勢(shì)判斷水在不同變質(zhì)程度煤分子模型中的吸附作用，進(jìn)而判斷水在煤分子中的潤(rùn)濕性。同樣地，也可以判斷不同表面活性劑在煤分子表面吸附規(guī)律。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 不同變質(zhì)程度煤潤(rùn)濕性分析

選用ZT褐煤、HDG長(zhǎng)焰煤、ZCD焦煤和WK無(wú)煙煤作為實(shí)驗(yàn)煤樣。煤的工業(yè)分析主要對(duì)煤中的水分、灰分和揮發(fā)分進(jìn)行測(cè)定，并根據(jù)水分，灰分和揮發(fā)分對(duì)固定碳進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 實(shí)驗(yàn)所用煤樣的工業(yè)分析Table 1 Industrial analysis of coal samples used in the experiment %

通過(guò)透過(guò)高度法對(duì)煤潤(rùn)濕性能進(jìn)行衡量，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中測(cè)量浸水前的玻璃管和煤粉的總重量，記作W1/g。待玻璃管中煤粉吸水穩(wěn)定后，測(cè)量此時(shí)的玻璃管、煤粉和水的總重量，記作W2/g。則該煤樣所吸水的重量ΔW/g如式(1)：

ΔW=W2-W1

(1)

透過(guò)高度法測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 透過(guò)高度法測(cè)量增重結(jié)果Table 2 Infiltration measurements by height method

通過(guò)表2可看出，在純水中，ZT褐煤的吸水量最大，為2.36 g。其次為HDG長(zhǎng)焰煤，吸水量為1.41 g。WK無(wú)煙煤的吸水量為0.99 g。ZCD焦煤吸水量0.79 g，吸水量最小。故在所選取的煤樣中，隨著變質(zhì)程度的增加，透過(guò)高度法測(cè)得的吸水量基本呈減小趨勢(shì)，也就是說(shuō)隨著變質(zhì)程度的增加，煤的親水性呈減小趨勢(shì)。

結(jié)合煤樣的工業(yè)分析數(shù)據(jù)和煤樣吸水增重?cái)?shù)據(jù)，繪制水分、灰分、揮發(fā)分和固定碳與煤樣增重的散點(diǎn)圖(圖1)。通過(guò)回歸分析獲得回歸方程及相關(guān)性系數(shù)，分析煤樣成分對(duì)煤潤(rùn)濕性的影響。

由圖1(a)可看出，隨著煤樣水分的增加，煤樣吸水增重量也增加，說(shuō)明煤樣的親水性增強(qiáng)。煤的工業(yè)分析測(cè)得的水分是指煤中吸附于煤的外表面及內(nèi)部孔隙中與煤呈物理狀態(tài)結(jié)合的游離水。煤樣水分越高說(shuō)明煤分子有更強(qiáng)的親水性并且煤體內(nèi)部孔隙越發(fā)達(dá)。根據(jù)回歸分析可知，煤樣吸水增重和煤樣水分之間有很強(qiáng)的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.97。

由圖1(b)分析可知，隨著煤中灰分的增加，煤樣吸水增重量也增加，煤樣的親水性增強(qiáng)。煤中灰分是煤中親水性較強(qiáng)的礦物質(zhì)經(jīng)過(guò)氧化分解形成的。因此，煤中灰分越高，礦物質(zhì)含量越高，煤的親水性越好，即潤(rùn)濕性也越好，從回歸分析可看出，煤樣吸水增重與灰分的相關(guān)性較好，其相關(guān)系數(shù)為0.83。

由圖1(c)分析可知，隨著煤樣中揮發(fā)分含量的增加，其吸水增重變化并無(wú)明顯規(guī)律。煤的揮發(fā)分反映的是煤中有機(jī)質(zhì)的特性。揮發(fā)分的來(lái)源是煤分子中的脂肪烴及含氧官能團(tuán)側(cè)鏈，這些基團(tuán)經(jīng)過(guò)氧化斷裂會(huì)生成小分子化合物，也就是揮發(fā)分。形成揮發(fā)分的芳香烴側(cè)鏈具有疏水性，而含氧官能團(tuán)側(cè)鏈具有親水性。因此，揮發(fā)分含量的大小并不能夠準(zhǔn)確地表示煤潤(rùn)濕性的大小，從回歸分析的結(jié)果可看出，揮發(fā)分與接觸角的相關(guān)性并不大，相關(guān)性系數(shù)僅為0.31。

圖1 煤樣成分與吸水增重關(guān)系Fig.1 Relationship between coal sample composition and weight gain due to water absorption

由圖1(d)分析可知，煤樣吸水增重量隨煤樣的固定碳含量的增加而減小，即煤樣疏水性增強(qiáng)。固定碳含量的增加，說(shuō)明煤的變質(zhì)程度越高，芳香化合物增多，從而導(dǎo)致煤的潤(rùn)濕性變差。根據(jù)回歸分析可看出，吸水增重與固定碳具有較好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.89。

綜上可看出，煤的親水性與煤中的固有水分、灰分有較明顯的正相關(guān)關(guān)系，隨著水分和灰分的増加，煤的增重量增大，潤(rùn)濕性變好；煤的親水性與煤中固定碳呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，隨著煤中固定碳含量的增加，煤吸水增重量減小，煤的疏水性增強(qiáng)；而煤中的揮發(fā)分對(duì)煤潤(rùn)濕性的影響不是很大，其相關(guān)系數(shù)僅為0.31。

2.2 表面活性劑對(duì)煤潤(rùn)濕性的影響

利用透過(guò)高度法對(duì)比分析煤在表面活性劑溶液與水中潤(rùn)濕性的區(qū)別，分別將ZT褐煤、HDG長(zhǎng)焰煤、ZCD焦煤和WK無(wú)煙煤浸入250 mL，5 g/L的DTAB溶液、SDS溶液、BS-12溶液和AEO-7溶液中。待表面活性劑溶液上升高度穩(wěn)定后，稱量煤粉增重質(zhì)量。結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 透過(guò)高度法測(cè)量浸潤(rùn)結(jié)果Table 3 Infiltration measurements by height method g

根據(jù)表3可看出在水中分別添加DTAB，SDS，BS-12和AEO-7之后，4種煤的吸水量有著不同的變化。對(duì)于低變質(zhì)程度的ZT褐煤，在添加4種表面活性劑之后煤樣的吸水量均有所減小，可見(jiàn)表面活性劑的加入會(huì)降低ZT褐煤的親水性；對(duì)于HDG長(zhǎng)焰煤、ZCD焦煤和WK無(wú)煙煤，在添加4種表面活性劑之后吸水量有不同程度的增加，可見(jiàn)所選取的4種表面活性劑均有提升這3種煤的親水性的作用，并且SDS對(duì)于這3種煤樣親水性的提升作用最為明顯。

由此可見(jiàn)，同一種表面活性劑對(duì)于不同的煤的潤(rùn)濕性有著不同程度改變，甚至使有些煤的親水性增加，而有些煤種的親水性減小。產(chǎn)生這種影響的原因是由表面活性劑及煤的本身性質(zhì)共同作用導(dǎo)致的，為了探究不同類型表面活性劑對(duì)煤潤(rùn)濕性產(chǎn)生差異性影響的根本原因，利用量子化學(xué)計(jì)算，通過(guò)對(duì)煤、水、表面活性劑分子的表面靜電勢(shì)的分析，對(duì)表面活性劑影響煤潤(rùn)濕性的機(jī)理進(jìn)行探討。

3 表面活性劑影響煤潤(rùn)濕性的機(jī)理探討

3.1 煤分子化學(xué)結(jié)構(gòu)模型的優(yōu)化

煤的微觀結(jié)構(gòu)是為了將煤的化學(xué)結(jié)構(gòu)形象化而提出的僅代表平均統(tǒng)計(jì)概念的煤的分子，稱為煤的化學(xué)結(jié)構(gòu)模型，用以描述煤的結(jié)構(gòu)及反應(yīng)過(guò)程[10-11]。迄今為止，全世界研究者已經(jīng)提出了130多種煤的化學(xué)結(jié)構(gòu)模型。本文分別選取反應(yīng)不同變質(zhì)程度煤特征的褐煤Wender模型[12]、煙煤Fuchs模型[10]和無(wú)煙煤Spiro模型[13]進(jìn)行研究。這些模型從不同角度反應(yīng)了不同變質(zhì)程度煤的特征，可以對(duì)比分析表面活性劑對(duì)不同變質(zhì)程度煤潤(rùn)濕性的影響機(jī)理。利用Materials Studio程序的DMol3模塊，在GGA/BLYP水平上對(duì)褐煤Wender模型、煙煤Fuchs模型和無(wú)煙煤Spiro模型進(jìn)行幾何優(yōu)化，計(jì)算煤分子表面靜電勢(shì)(ESP)。如圖2～4所示。

圖2 褐煤Wender模型表面靜電勢(shì)分布Fig.2 ESP distribution on Wender model surface

褐煤Wender模型表面靜電勢(shì)的分布如圖2所示?？梢钥闯?，在褐煤Wender模型由于含有羧酸、酮、酚、醇、醚、呋喃等形式的含氧官能團(tuán)，導(dǎo)致褐煤分子表面負(fù)電勢(shì)區(qū)域分布廣泛。正電勢(shì)部位大多位于氫原子附近。經(jīng)軟件計(jì)算褐煤Wender模型表面負(fù)電勢(shì)最大為-0.073 036 a.u.，正電勢(shì)最大為0.117 98 a.u.。

煙煤Fuchs模型表面靜電勢(shì)的分布如圖3所示。相較于低變質(zhì)程度的褐煤，煙煤由縮合程度更高的芳香環(huán)和在芳香環(huán)邊緣上任意分布的以含氧官能團(tuán)為主的基團(tuán)構(gòu)成。經(jīng)軟件計(jì)算煙煤Fuchs模型分子表面負(fù)電勢(shì)最大為-0.070 886 a.u.，正電勢(shì)最大為0.060 898 a.u.。

圖3 煙煤Fuchs模型表面靜電勢(shì)分布Fig.3 ESP distribution on Fuchs model surface

無(wú)煙煤Spiro模型表面靜電勢(shì)的分布如圖4所示。無(wú)煙煤Spiro模型與低級(jí)和中間等級(jí)(煙煤)的模型類似，含有很多縮合芳香環(huán)，但是只含1個(gè)醚基官能團(tuán)和1個(gè)雜原子N。經(jīng)軟件計(jì)算無(wú)煙煤Spiro模型分子表面負(fù)電勢(shì)最大為-0.066 56 a.u.。但是在無(wú)煙煤分子表面最大負(fù)電勢(shì)位置位于醚基官能團(tuán)和雜原子N附近，分布區(qū)域太小可以忽略不計(jì)，真正廣泛分布的負(fù)電勢(shì)區(qū)域位于苯環(huán)位置，電勢(shì)為-0.029 54 a.u.。

圖4 無(wú)煙煤Spiro模型表面靜電勢(shì)分布Fig.4 ESP distribution on Spiro model surface

3.2 表面活性劑影響煤潤(rùn)濕性機(jī)理分析

H2O分子表面靜電勢(shì)分布如圖5所示，H2O分子的O原子附近呈現(xiàn)負(fù)電勢(shì)，經(jīng)軟件計(jì)算可得負(fù)電勢(shì)最大值為-0.065 674 a.u.；在H2O分子的H原子附近呈現(xiàn)正電勢(shì)，正電勢(shì)的最大值為0.091 733 a.u.。

圖5 H2O分子表面靜電勢(shì)分布Fig.5 ESP distribution on H2O surface

正是由于水分子表面的正負(fù)電勢(shì)的分布，水溶液中眾多H2O分子之間正負(fù)電勢(shì)相互吸引，即相互之間的氫鍵作用而緊密聯(lián)系在一起。在水溶液的表面，如果H2O分子接觸表面活性劑分子或煤分子的部位的正電勢(shì)大于0.091 733 a.u.或者負(fù)電勢(shì)大于-0.065 674 a.u.則H2O分子與煤分子該部位的相互作用程度強(qiáng)于H2O分子之間的氫鍵作用。此時(shí)，水與表面活性劑分子或煤分子之間的靜電作用力可以克服水分子相互之間的氫鍵作用。

1)表面活性劑影響低變質(zhì)煤潤(rùn)濕性機(jī)理分析

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，褐煤Wender模型表面負(fù)電勢(shì)最大為-0.073 036 a.u.，正電勢(shì)最大為0.117 98 a.u.。其分子正電勢(shì)及負(fù)電勢(shì)部位均大于水分子相應(yīng)正負(fù)電勢(shì)。故可以判斷水分子在褐煤Wender模型的正電勢(shì)區(qū)域及負(fù)電勢(shì)區(qū)域均可浸潤(rùn)。表4為褐煤Wender模型、H2O分子及4種表面活性劑分子的靜電勢(shì)對(duì)比表。

表4 褐煤Wender，H2O分子與表面活性劑分子靜電勢(shì)對(duì)比Table 4 Comparison of ESP between Wender,H2O and surfactant molecules a.u.

對(duì)于DTAB離子的表面靜電勢(shì)均為正，最大值位于頭基位置，最大值為0.203 41 a.u.，大于H2O分子的正電勢(shì)，可以判斷DTAB的頭基是親水的。DTAB的電勢(shì)的最小值位于尾鏈，最小值為0.031 177 a.u.，小于H2O分子的正電勢(shì)，可以判斷DTAB的尾基是憎水的。當(dāng)DTAB吸附于煤-水界面之間時(shí)，其頭基一部分同水吸附，一部分同煤分子的表面負(fù)電勢(shì)位置吸附。

當(dāng)DTAB頭基與H2O分子吸附時(shí)，DTAB的尾基會(huì)與褐煤Wender模型的負(fù)電勢(shì)部位結(jié)合，對(duì)于褐煤Wender模型，這些負(fù)電勢(shì)部位本來(lái)就可以同H2O分子結(jié)合，故DTAB此時(shí)并未就增加H2O分子的潤(rùn)濕性提供幫助。

當(dāng)DTAB頭基與煤分子的負(fù)電勢(shì)部位吸附時(shí)，DTAB頭基與煤分子的吸附會(huì)占據(jù)原本可以吸附水的位置，并且其疏水尾基向水。對(duì)于褐煤Wender模型，DTAB頭基占據(jù)的煤分子負(fù)電荷部位本可以同H2O結(jié)合，在DTAB結(jié)合后反而顯現(xiàn)出疏水性，故此時(shí)褐煤Wender模型的親水性減弱。

故DTAB對(duì)于褐煤Wender模型有明顯減弱其潤(rùn)濕性的作用。采用類似地分析方法，可以判斷SDS，BS-12和AEO-7對(duì)于褐煤Wender均有減弱其親水性的作用。

2)表面活性劑影響中變質(zhì)煤潤(rùn)濕性機(jī)理分析

中變質(zhì)煤選用煙煤Fuchs模型作為代表，經(jīng)計(jì)算煙煤Fuchs模型分子表面負(fù)電勢(shì)最大為-0.070 886 a.u.，正電勢(shì)最大為0.060 898 a.u.。其分子最大正電勢(shì)部位小于水分子正電勢(shì)，故可以判斷水分子在煙煤Fuchs模型的正電勢(shì)區(qū)域不易浸潤(rùn)。而煙煤Fuchs模型的最大負(fù)電勢(shì)大于水分子的負(fù)電勢(shì)，故水分子在煙煤Fuchs模型負(fù)電勢(shì)部位容易浸潤(rùn)。表5為煙煤Fuchs模型、H2O分子及4種表面活性劑分子的靜電勢(shì)對(duì)比表。

表5 煙煤Fuchs，H2O分子與表面活性劑分子靜電勢(shì)對(duì)比Table 5 Comparison of ESP between Fuchs,H2O and surfactant molecules a.u.

采用同上文相同的分析方法，通過(guò)對(duì)比煙煤Fuchs模型、H2O分子以及4種表面活性劑分子的表面靜電勢(shì)，可得出：對(duì)于煙煤Fuchs模型，DTAB，BS-12和AEO-7有減弱其親水性的作用。SDS對(duì)于煙煤Fuchs模型有提高親水性的作用。

3)表面活性劑影響高變質(zhì)煤潤(rùn)濕性機(jī)理分析

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，無(wú)煙煤Spiro模型分子表面負(fù)電勢(shì)最大為-0.029 54 a.u.，小于H2O分子表面最大負(fù)電勢(shì)。同時(shí)，無(wú)煙煤Spiro模型分子表面正電勢(shì)最大為0.045 315 a.u.，小于H2O分子表面正電勢(shì)。所以，H2O分子在無(wú)煙煤正電勢(shì)及負(fù)電勢(shì)區(qū)域均為難浸潤(rùn)。表6為無(wú)煙煤Spiro模型、H2O分子及4種表面活性劑分子的靜電勢(shì)對(duì)比表。

表6 無(wú)煙煤Spiro，H2O分子與表面活性劑分子靜電勢(shì)對(duì)比Table 6 Comparison of ESP between Spiro,H2O and surfactant molecules a.u.

通過(guò)對(duì)比無(wú)煙煤Spiro模型、H2O分子以及4種表面活性劑分子的表面靜電勢(shì)，可得出：對(duì)于變質(zhì)程度高且難潤(rùn)濕的無(wú)煙煤Spiro模型，DTAB，SDS，BS-12和AEO-7均有提高其親水性的作用。

4 結(jié)論

1)煤的親水性與煤中的固有水分、灰分有較明顯的正相關(guān)關(guān)系，隨著水分和灰分的増加，煤的增重量增大，潤(rùn)濕性變好；煤的親水性與煤中固定碳呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，隨著煤中固定碳含量的增加，煤吸水增重量減小，煤的疏水性增強(qiáng)；而煤中的揮發(fā)分對(duì)煤潤(rùn)濕性的影響不是很大，其相關(guān)系數(shù)僅為0.31。

2)添加4種表面活性劑之后會(huì)降低ZT褐煤的親水性；而這4種表面活性劑可以使HDG長(zhǎng)焰煤、ZCD焦煤和WK無(wú)煙煤親水性有不同程度的增加，并且陰離子表面活性劑SDS對(duì)于這3種煤樣親水性的提升作用最為明顯。

3)與H2O分子接觸的煤分子部位的正電勢(shì)大于0.091 733 a.u.或者負(fù)電勢(shì)大于-0.065 674 a.u.可以克服水分子相互之間的氫鍵作用產(chǎn)生浸潤(rùn)現(xiàn)象。

4)通過(guò)表面靜電勢(shì)分析可知，4種表面活性劑對(duì)于所選取的褐煤Wender模型均有減弱其親水性的作用；對(duì)于煙煤Fuchs模型，只有SDS有提高其親水性的作用；對(duì)于變質(zhì)程度高且難潤(rùn)濕的無(wú)煙煤Spiro模型，4種表面活性劑均有提高其親水性的作用。