[发明专利]一种基于分子动力学模拟油酸钠在一水硬铝石表面吸附性能的方法

说明书

本发明属于固液界面研究以及分子模拟领域，特别涉及一种基于分子动力学模拟油酸钠在一水硬铝石表面吸附性能的方法。该方法包括：根据模拟体系需要的各种反应物进行建模，使用适应性力场，结合经验参数和实验参数进行体系能量极小化、NPT、NVT等进行分子动力学模拟计算，并对得到的模拟结果进行分析。通过分子动力学模拟方法得到的快照和轨迹，观测吸附效果并结合动力学参数对模拟范围内的实验进行机理分析和判断，有助于找到油酸钠在一水硬铝石表面的最佳吸附条件，提高吸附效率，同时也为高效捕收剂的设计研发和结构优化提供理论参考。

技术领域

本发明属于固液界面研究以及分子模拟领域，特别涉及一种基于分子动力学模拟油酸钠在一水硬铝石表面吸附性能的方法。

背景技术

近年来，随着全球有用矿物资源越发减少、地球生态环境问题越发严峻，我国在资源与环境的规划发展与科学研究得到了前所未有的重视。作为我国铝金属主要来源的铝土矿，大部分以一水硬铝石的矿物形式存在，矿物加工工程中的浮选法采用具有捕收作用的药剂，来针对不同矿物进行捕收利用，其中油酸类捕收剂是一水硬铝石矿物的主要捕收药剂，在各大选矿厂和实验室都有广泛使用。广大科研工作者也在油酸类捕收剂与一水硬铝石的作用效果与作用机理上进行了广泛而深入的研究，但以往的研究往往耗费较多的实验室人力物力，并且很多都是不同实验与检测方法的简单改进与重复，同时针对浮选体系在原子、分子水平的研究也不够透彻。

分子模拟技术的出现，使得研究和预测浮选体系的某些性质成为可能。其中分子动力学是依靠牛顿力学来模拟体系中分子的运动，在相关力场的作用下，分子按照牛顿运动方程进行运动，因此可以得到任一时刻下任一原子的位置和速度，进而得到一定时间内原子或分子的运动情况，再通过统计方法计算得到所需物理量。

利用浮选法回收含铝矿物是铝资源利用的重要方法，因此，如何真实的模拟浮选过程，寻找高效捕收剂和最佳浮选条件的模拟方法是矿物加工工程的重要课题。

发明内容

基于此，本发明为了解决现有技术中欠缺从分子水平更直观研究油酸钠在一水硬铝石的表面吸附现象的技术问题，本发明的目的在于提出一种基于分子动力学模拟油酸钠在一水硬铝石表面吸附性能的方法。

本发明提供了一种基于分子动力学模拟油酸钠在一水硬铝石表面吸附性能的方法，具体包括：

根据矿物结构库构建一水硬铝石超晶胞，并构建油酸根离子模型、钠离子模型和水分子模型，并按照预设的原料比构建油酸钠与一水硬铝石的吸附体系初始模型；

将所述吸附体系初始模型采用steep最陡下降法和cg共轭梯度法进行体系能量极小化处理，获得能量极小化体系；

将所述能量极小化体系采用NPT系综进行分子动力学模拟获得预平衡体系，并将所述预平衡体系采用NVT系综进行分子动力学模拟；并获取体系的作用结果快照和轨迹；

根据所述作用结果快照和轨迹，获得吸附体系及分子结构变化，并计算吸附体系各物质在模拟过程动力学信息。

进一步的，所述一水硬铝石超晶胞为(5～30)×(5～30)×(1～4)。

进一步的，所述按照预设的原料比构建油酸钠与一水硬铝石的吸附体系初始模型具体为：

将油酸根与水分子数量比例为5-50:5000-50000的数量比填充于两个一水硬铝石层之间。

进一步的，所述能量极小化处理和分子动力学模拟过程中，所述一水硬铝石采用CLAYFF力场，所述油酸根离子及钠离子采用CHARMM力场，所述水分子采用SPC/E模型。

进一步的，所述分子动力学模拟过程的温度控制采用V-rescale方法，模拟温度范围为273.15-333.15K。

进一步的，所述分子动力学模拟过程的压力控制采用Berendsen方法，模拟压力范围为1.0-5.0bar。