Computer 巴 Digital camera Bubble Mobile stage 图1粘附力测试系统原理图P Figure 1 Schematic diagram of adhesion force measurement system 将低阶煤煤片固定在微天平下方的位移台上，并在微天平的毛细管口处生成一个直径 为1.5mm的气泡，在气泡与煤片相互运动的初始点处，力设置为0。随后固定在位移台上 的煤片以0.01mms的速度向上移动，当气泡与煤表面相互接触时，氮渔与煤表面产生瞬 时粘附力。随后，煤样继续向上移动0.30mm,保证测力的重复性， 调警样品台以相同的 速度退回至原始位置，在退回过程中，记录最大的粘附力，最后运动停止， 测量停止，粘 附力测量重复五次以减小误差。 1.7分子动力学模拟(MD) 由于伴生矿物和有机结构的变化，煤的组成结构复杂。前人对煤的结构进行了广泛的 研究，并提出了不同的煤分子结构模型。本论文选用W©ndcr模型来代表低阶煤，因为该煤 分子模型具有低阶煤的基本特征，如以羧酸、酮、酚醚等宫能团形式存在的各种含氧官 能团。Wender模型、水分子、油酸、亚油酸和亚麻酸的分子结构如图2所示。 为了建立低阶煤的表面模型，通过Materals Studio8.0软件(Accelrys Inc)将50个煤 分子装入一个40×40A2(长×宽)的盒子中%为了带省计算时间，对表面模型的下半部分 进行了约束。采用Forcite模块的退火算法实砚了表面模型在恒压-温度(NPT)系统的结构 驰豫，最终温度为298K,最后对体系进行结构优化及能量最小化。利用三维周期性边界 条件将药剂分子、水分子和煤分子模型进行组合，为消除周期性结构对模型的影响，延长 Z轴添加高度为60A的真空层，3种体系大小均为40A×40A×100A(长×宽×高)。采用 Materials Studio8.0软件中的Borcite模块进行分子动力学模拟(MD)。所有计算均采用原 子模拟研究凝聚态优化分势(COMPASS)。在模拟过程中，始终考虑水环境因素。依 次将油酸、亚油酸、 亚麻酸分予放置在煤/水界面附近，分别模拟其在煤/水界面铺展结构。 (a) (e) t 特tt人个5 图2(a)hder模型叫：(b)水分子：(c)油酸分子：(d)亚油酸分子：(e)亚麻酸分子：颜色表 示如下：红色，氧原子：白色，氢原子：灰色，碳原子 Figure 2 Molecular structures of (a)Wender mode(b)hydrone,(c)oleic acid molecule,(d)linoleic acid molecule,(e)linolenic acid molecule.The colors are shown as follows:red,oxygen atoms;white,hydrogen atoms; (e) gray,carbon atoms. 2.结果与讨论 2.1煤样表面性质分析 (1)表面形貌分析(SEM) 通过SEM扫描电镜可直接观察煤样表面的孔隙、裂隙等形貌特征，本试验采用ZEISS 扫描电镜对煤样表面进行300、500和900倍放大，低阶煤表面形貌如图3所示。Digital camera Bubble Coal Mobile stage Cell Computer 图 1 粘附力测试系统原理图[20] Figure 1 Schematic diagram of adhesion force measurement system[19] 将低阶煤煤片固定在微天平下方的位移台上，并在微天平的毛细管口处生成一个直径 为 1.5 mm 的气泡，在气泡与煤片相互运动的初始点处，力设置为 0。随后固定在位移台上 的煤片以 0.01 mm·s –1的速度向上移动，当气泡与煤表面相互接触时，气泡与煤表面产生瞬 时粘附力。随后，煤样继续向上移动 0.30 mm，保证测力的重复性。调整样品台以相同的 速度退回至原始位置，在退回过程中，记录最大的粘附力，最后运动停止，测量停止，粘 附力测量重复五次以减小误差。 1.7 分子动力学模拟（MD） 由于伴生矿物和有机结构的变化，煤的组成结构复杂。前人对煤的结构进行了广泛的 研究，并提出了不同的煤分子结构模型。本论文选用 Wender 模型来代表低阶煤，因为该煤 分子模型具有低阶煤的基本特征，如以羧酸、酮、酚、醚等官能团形式存在的各种含氧官 能团。Wender 模型、水分子、油酸、亚油酸和亚麻酸的分子结构如图 2 所示。 为了建立低阶煤的表面模型，通过 Materials Studio 8.0 软件（Accelrys Inc）将 50 个煤 分子装入一个 40×40 Å2（长×宽）的盒子中。为了节省计算时间，对表面模型的下半部分 进行了约束。采用 Forcite 模块的退火算法实现了表面模型在恒压-温度（NPT）系统的结构 驰豫，最终温度为 298 K，最后对体系进行结构优化及能量最小化。利用三维周期性边界 条件将药剂分子、水分子和煤分子模型进行组合，为消除周期性结构对模型的影响，延长 Z 轴添加高度为 60 Å 的真空层，3 种体系大小均为 40 Å×40 Å×100 Å（长×宽×高）。采用 Materials Studio 8.0 软件中的 Forcite 模块进行分子动力学模拟（MD）。所有计算均采用原 子模拟研究凝聚态优化分子势（COMPASS）。在模拟过程中，始终考虑水环境因素。依 次将油酸、亚油酸、亚麻酸分子放置在煤/水界面附近，分别模拟其在煤/水界面铺展结构。 图 2 （a）Wender 模型[21]；（b）水分子；（c）油酸分子；（d）亚油酸分子；（e）亚麻酸分子；颜色表 示如下：红色，氧原子；白色，氢原子；灰色，碳原子 Figure 2 Molecular structures of (a) Wender model[21], (b) hydrone, (c) oleic acid molecule, (d) linoleic acid molecule, (e) linolenic acid molecule. The colors are shown as follows: red, oxygen atoms; white, hydrogen atoms; gray, carbon atoms. 2.结果与讨论 2.1 煤样表面性质分析 （1）表面形貌分析（SEM） 通过 SEM 扫描电镜可直接观察煤样表面的孔隙、裂隙等形貌特征，本试验采用 ZEISS 扫描电镜对煤样表面进行 300、500 和 900 倍放大，低阶煤表面形貌如图 3 所示。 （d） （e） （c） （a） （b） （e） 录用稿件，非最终出版稿