煤沥青与Gemini双季铵盐表面活性剂相互作用的模拟计算

发布时间：2020-07-25 15:28

【摘要】：分散剂在煤沥青表面的润湿和吸附是决定其能否制得符合要求的煤沥青水浆的关键因素。若要系统、深入研究分散剂与煤沥青的润湿和吸附,则需对两者的结构特征进行考察。虽然前期研究中采用元素分析、XPS、SEM-EDS、IR等手段对煤沥青的组成进行了分析,但所得结果仅为元素组成和含量、表面官能团等,无法获得煤沥青的确切结构信息。鉴于上述原因,本文依据煤沥青的GC-MS分析结果,从中选择两个含量最大的组分苯并[e]荧蒽和苯并[ghi]傒作为煤沥青的代表结构,采用量子化学计算的方法进一步模拟苯并[e]荧蒽、苯并[ghi]傒与m-n-m型Gemini表面活性剂的相互作用,以期从理论上阐明并解释煤沥青与Gemini表面活性剂的作用原理,并为实验结果提供理论依据。采用量子化学方法对煤沥青与Gemini表面活性剂的相互作用进行研究,探究了两者作用的热力学参数、作用力、电荷变化,考察了不同的疏水链长度、联结基长度对煤沥青性能的影响,研究结果发现:(1)对于Gemini表面活性剂的两种构型而言,非直链型的相比直链型的结合能要低,其结构比较稳定。而与煤沥青作用后的结果发现,分子m-8-m与m-4-m系列非直链型的Gemini表面活性剂比直链型的结合能均较低,非直链型的结构比较稳定。分散剂与煤沥青吸附作用体系直链型的8-4-8、8-8-8结构比较稳定,非直链型的12-8-12、12-4-12、14-4-14构型比较稳定。进行溶剂化效应计算后分散剂的12-8-12、14-8-14、8-4-8、14-4-14构型比较稳定。(2)分析m-4-m与m-8-m系列的热力学参数发现,表面吸附为吸热过程,是焓驱动的过程,m-4-m整体分散过程自发性较好,m-8-m系列的分散过程自发性较差。而溶剂化效应计算之后,考虑溶剂化效应则吸附变为放热过程,属于熵-焓共同驱动的效果。两个系列分散剂分散的体系都不能自发,m-4-m系列的吉布斯自由能变较大,相比m-8-m系列,m-4-m系列分散剂需要外界的能量要高。加入溶剂化后对整个分散体系影响较大。(3)两个系列分散剂与煤沥青主要作用位点均为煤沥青结构中的碳原子与分散剂的氢原子相互作用,并且作用前后碳原子与氢原子本身的电荷均发生了变化。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ522.65

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本文编号：2770008