[发明专利]一种评价荷电活化水雾雾化降尘性能的分子动力学方法

权利要求书

1.一种评价荷电活化水雾雾化降尘性能的分子动力学方法，其特征在于，包括：

构建煤分子、自来水中水分子和不同离子、不同化学添加剂分子结构，并进行结构优化，作为构建多分子模型的基本单元；

基于多分子模型的基本单元，构建活化水、煤分子、表面活性剂无定形晶胞模型，根据需要，将晶胞形状设置为球形或方形；对搭建的晶胞模型进行几何优化和动力学弛豫，系综选择NPT，对其进行退火处理；对活化水进行荷电处理，获得荷电活化水；

基于多分子晶胞模型，构建不同荷电活化水/煤和表面活性剂/活化水/表面活性剂模型，对荷电活化水/煤和表面活性剂/活化水/表面活性剂模型进行几何优化，荷电活化水/煤模型进行动力学弛豫，系综选择NVT，对于表面活性剂/活化水/表面活性剂模型进行动力学弛豫；

获取荷电活化水/煤模型分子间相互用能和荷电活化水分子间氢键数量，获取活化水中表面活性剂头基附近水分子个数和表面活性剂/活化水/表面活性剂模型水分子扩散系数，通过计算比较，以进行荷电活化水雾雾化降尘性能的分子动力学评价；

采用Materials studio软件中Amorphous Cell模块搭建活化水、煤分子和表面活性剂无定形晶胞，任务选择Construction，精度设置为Fine，密度根据搭建的晶胞进行设置，活化水中不同化学物质分子个数根据不同需求进行设置，力场选择CompassⅡ，电荷选择Forcefield assigned，静电非键求和方法选择Ewald，范德华非键求和方法选择Ewald；

采用Materials studio软件中Forcite模块对搭建的晶胞模型进行几何优化和动力学弛豫，精度设置为Ultra-fine，几何优化最大迭代步数设置为50000，动力学弛豫任务设置为Dynamics，系综为NPT，控温函数设置为NHL，控压函数设置为Berendsen，温度设置为298K，时间步长设置为1fs，总的模拟时间设置为1000ps，力场选择CompassⅡ，电荷选择Forcefield assigned，静电非键求和方法选择Ewald，范德华非键求和方法选择Ewald；

退火过程，精度设置为Ultra-fine，退火循环步数设置为10，初始温度设置为298K,中间循环温度设置为1098K，从结果中选取能量最小结构；

采用script对活化水进行荷电处理，荷电参数为场强，大小和方向根据实际情况进行赋予；

采用Build Layer工具构建不同荷电活化水/煤和表面活性剂/活化水/表面活性剂模型，选取退火中能量最小晶胞进行搭建，根据需要选择第一层或第二层，上下层表面留有真空层，采用Forcite模块对荷电活化水/煤和表面活性剂/活化水/表面活性剂模型进行几何优化，荷电活化水/煤模型进行动力学弛豫，对于表面活性剂/活化水/表面活性剂模型采用script进行动力学弛豫，电场大小和方向根据实际情况进行赋予，系综都为NVT；

分子间相互用能计算公式为：

E_total＝E_Kinetic+E_Potential

式中，E_Kinetic为分子动能，E_Potential为分子势能；

分子动能计算公式为

式中，K_B为玻尔兹曼常数，T为温度；

分子势能计算公式为：

E_Potential＝E_valence+E_crossterm+E_non-bond

式中E_valence为价键能，E_crossterm为共价交叉项能，E_non-bond为非键能；

活化水中表面活性剂亲水基附近水分子个数计算公式为：

式中g(r)为距离表面活性剂头基r处水分子出现的概率，N为系统中水分子数,4πr²dr为球壳的体积，dr是间距，a×b×c为模型的体积，N _headgroup为表面活性剂头基总数；

水分子扩散系数计算公式为

式中r_i(0)为t＝0时水分子的位置，r_i(t)为t时刻水分子位置。

2.根据权利要求1所述的评价荷电活化水雾雾化降尘性能的分子动力学方法，其特征在于，煤分子结构通过X射线光电子能谱XPS、傅里叶变化红外光谱FTIR、X射线衍射XRD或核磁共振碳谱¹³CNMR进行获取；煤分子、自来水中水分子和不同离子、不同化学添加剂结构优化采用Doml³模块，任务选择Geometry Optimization，密度泛函方法为GGA，泛函形式为PW91，精度设置为Fine。