基于分子动力学模拟的电场作用下气泡吸附特性研究

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气浮技术被广泛应用于含油污水处理领域和矿物浮选领域,是一种高效的水中油类污染物和疏水性固体颗粒分离方式。为进一步提高气浮的分离效率,外加电场与气浮技术的结合为人们提供了新的思路,已有学者证明外加电场对气浮的分离效率有促进作用,但是其作用机理和影响因素仍然是不明确的。因此,本文运用分子动力学模拟对外加电场作用下气泡的气液界面性质、气泡的形状变化和盐溶液中疏水表面性质变化三个方面进行了研究,从微观层面上研究了外加电场对气浮过程中气泡吸附的影响机理,为电场强化气浮技术提供理论指导。本文主要研究内容为:(1)为探究气浮分离甲苯过程中外加电场对气泡气-液界面的影响,运用分子动力学模拟方法研究了水分子偶极矩与气泡气相法线之间的夹角、在外电场下液相的粘度、气泡的表面张力以及界面处氢键结合概率,通过以上参数来表征电场对气泡吸附油类污染物能力的影响。(2)为探究外加电场对气浮过程中吸附在疏水颗粒表面上微纳米气泡的影响,运用分子动力学模拟研究了气泡的尺寸大小、气体扩散系数以及体系的粘度和体系中水分子的氢键特性,通过以上参数来表征外加电场对微纳米气泡在疏水颗粒表面的吸附特性影响。(3)在上述研究的基础上,为探究在盐溶液环境下外加电场对气浮过程中疏水颗粒表面性质的影响,通过分子动力学模拟对疏水表面对微纳米气泡吸引力大小的疏水层厚度变化、石墨烯-CO2的径向分布,以及对疏水层厚度产生主要影响的Na+第一层水壳层中水分子的配位数和水分子滞留时间进行了研究。
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