Study on the effects of inorganic salts and ionic surfactants on the wettability of coal based on the experimental and molecular dynamics investigations

润湿 离子键合 分子动力学 化学工程 化学 离子液体 无机化学 材料科学 环境化学 有机化学 离子 计算化学 工程类 催化作用
作者
Kai Wang,Min Xu,Biao Zhou,Mengjiao Yang,Ruiping Liu
出处
期刊:Energy [Elsevier BV]
卷期号:300: 131610-131610 被引量:17
标识
DOI:10.1016/j.energy.2024.131610
摘要

Through the evaluation and preparation of a novel inorganic salt composite solution consisting of sodium dodecyl benzene sulfonate (SDBS), the nonionic surfactants polyethylene glycol pisooctyl phenyl ether (Triton X-100), and inorganic salt Na2SO4, based on surface tension, contact angle, settling time, wetting rate, and changes in the surface microstructure and functional groups of coal, this study analyzed the wetting behavior of the solution on coal dust and its adsorption capacity on the surface of coal particles. The results demonstrate that the composite solution of inorganic salts can significantly enhance the wettability of coal samples, reducing the contact angle to 21.54° and lowering the surface tension to 26.10 mN/m. After treatment with the solution, the relative content of oxygen-containing functional groups in the microscopic structure of the coal sample increased to 59.6 % and pores more prominent than 25 nm increased to 34.63 %. Molecular dynamics (MD) simulations of the water-inorganic salt composite solution-coal system are conducted using Materials Studio software, revealing that after the addition of the composite solution, the self-diffusion coefficient (D) of water molecules is 6.3 × 10-9 m2/s, the starting point of the composite solution is 15 Å, and the system's interaction energy increase to 14000 kcal/mol. It further elucidated the modification of the surface molecular structure of coal dust by the inorganic salt composite solution, increasing hydrogen bonds, enhancing wetting, and demonstrating a solid adsorption capability of the inorganic salt composite solution on the surface of coal dust.
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