烴類捕收劑性能的量子化學計算與試驗研究.pdf

1、煤炭洗選是潔凈煤技術(shù)的基礎，就細粒煤分選而言，浮選是最有效的分選方法。浮選效果與浮選藥劑的選擇和使用有很大關(guān)系，高效合理的浮選藥劑能靈活地控制浮選過程，提高經(jīng)濟效益。浮選藥劑分子結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的研究，是開發(fā)高效新藥劑的前提。量子化學計算方法為研究浮選機理和設計新型浮選劑提供了一個良好的平臺。
　　論文采用量子化學計算Gaussian軟件建立了不同結(jié)構(gòu)的烴類捕收劑（烷烴、烯烴、芳烴）的結(jié)構(gòu)模型，采用密度泛函理論(DFT)，在B3LY

2、P/6-311G水平上對三類捕收劑的幾何構(gòu)型、凈電荷、前線分子軌道構(gòu)成等電子結(jié)構(gòu)參數(shù)，以及烴類捕收劑與煤的吸附能等進行了計算，從量子化學角度揭示了煤與藥劑的作用機理，并通過潤濕熱的測量和單元浮選試驗對計算結(jié)果進行驗證。
　　以大同煤為研究對象，通過工業(yè)分析、紅外光譜分析、XPS分析等研究了煤樣性質(zhì)，結(jié)果表明:煤樣為變質(zhì)程度較低的弱粘煤，表面O元素的含量較高，主要以-OH的形式存在?；诿簶有再|(zhì)，選取次煙煤的結(jié)構(gòu)單元模型進行量子化學

3、計算。
　　選取碳原子數(shù)為12、14、16的烷烴、烯烴和芳烴類捕收劑為研究對象，采用量子化學計算Gaussian軟件建立其結(jié)構(gòu)模型，計算了它們的幾何構(gòu)型、凈電荷、前沿分子軌道構(gòu)成等電子結(jié)構(gòu)參數(shù)。結(jié)果表明:同系列烴類捕收劑，碳鏈長度對其性能的影響不明顯。不同結(jié)構(gòu)烴類捕收劑，電荷分布、鍵長、鍵角等有一定的差距，導致其性質(zhì)有所不同;前線軌道能隙△ELUMO-HOMO按烷烴、烯烴和芳烴依次減小，可以初步判斷其反應活性為:烷烴＜烯烴＜芳烴。

4、
　　采用量子化學計算Material Studio軟件計算了煤與幾種烴類捕收劑相互作用的吸附能。結(jié)果表明:烴類捕收劑與煤作用的吸附能均小于84kJ/mol，因此烴類捕收劑在次煙煤表面的吸附過程為物理吸附。吸附能越大，藥劑與煤表面的作用越強，不同結(jié)構(gòu)烴類捕收劑吸附能大小依次為:芳烴＞烯烴＞烷烴。
　　吸附過程中產(chǎn)生的吸附熱反映了捕收劑與礦物作用的強弱，采用C80微量熱儀測定了不同捕收劑與煤作用的潤濕熱，結(jié)果表明煤與烴類捕收劑

5、潤濕熱的大小依次為:芳烴＞烯烴＞烷烴。
　　通過不同捕收劑用量的單元浮選試驗，得到了精煤產(chǎn)率、精煤灰分、可燃體回收率、浮選完善度等浮選指標。結(jié)果表明:在藥劑用量相同條件下，精煤產(chǎn)率、可燃體回收率、浮選完善的大小依次為:芳烴＞烯烴＞烷烴。
　　C80微量熱儀對捕收劑與煤作用的潤濕熱測定以及煤泥浮選試驗結(jié)果均表明:碳原子數(shù)相同的不同結(jié)構(gòu)烴類捕收劑的捕收性能為芳烴＞烯烴＞烷烴，但是同系列藥劑中，碳原子數(shù)增加，藥劑粘度增大，在礦漿中