Abstract In the treatment of industrial tailings, fine clay minerals are generally flocculated using polymer flocculants. Interestingly, applications of multiple types of polymers together were reported to enhance the flocculation, although the underlying mechanism was still unclear. In this work, a series of molecular dynamics simulations were performed to investigate the synergetic adsorption of two types of polymers on the basal surface of montmorillonite (Mt) in aqueous environments. Cationic chitosan molecules were first introduced, followed by the addition of either neutral polyacrylamide (PAM) or anionic Magnafloc (MF). A monolayer coating of chitosan was observed to form quickly on the Mt surface. The coating was stable and facilitated the subsequent adsorption of PAM or MF which by themselves did not show effective adsorption. Adsorption of PAM and MF showed different configurations. PAM could adsorb either directly on Mt or on chitosan, in the form of clusters or individual molecules. On the other hand, MF only adsorbed on chitosan, forming a two-layer structure above the Mt surface. Adding chitosan simultaneously with PAM or MF, instead of sequentially, did not change the characteristics of the adsorption. The synergetic adsorption of polymers was attributed to the interplay of electrostatic attraction between Mt and chitosan, hydrogen bonding between chitosan and PAM, as well as electrostatic attraction between chitosan and MF. Together, the simulation results allowed us to provide a mechanistic explanation for the experimentally observed synergetic flocculation enabled by adding multiple polymers.

中文翻译：

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聚合物在蒙脱石上的协同吸附：分子动力学模拟的见解

摘要 在工业尾矿处理中，一般采用高分子絮凝剂絮凝细粒粘土矿物。有趣的是，据报道将多种类型的聚合物一起使用可以增强絮凝效果，尽管其潜在机制尚不清楚。在这项工作中，进行了一系列分子动力学模拟，以研究两种类型的聚合物在水性环境中蒙脱石 (Mt) 基面的协同吸附。首先引入阳离子壳聚糖分子，然后添加中性聚丙烯酰胺 (PAM) 或阴离子 Magnafloc (MF)。观察到壳聚糖的单层涂层在 Mt 表面快速形成。涂层是稳定的，并促进了 PAM 或 MF 的后续吸附，这些 PAM 或 MF 本身并没有显示出有效的吸附。PAM 和 MF 的吸附表现出不同的配置。PAM 可以以簇或单个分子的形式直接吸附在 Mt 或壳聚糖上。另一方面，MF 仅吸附在壳聚糖上，在 Mt 表面上方形成两层结构。将壳聚糖与 PAM 或 MF 同时添加，而不是依次添加，不会改变吸附特性。聚合物的协同吸附归因于 Mt 与壳聚糖之间的静电引力、壳聚糖与 PAM 之间的氢键以及壳聚糖与 MF 之间的静电引力的相互作用。总之，模拟结果使我们能够为通过添加多种聚合物实现的实验观察到的协同絮凝提供机械解释。PAM 可以以簇或单个分子的形式直接吸附在 Mt 或壳聚糖上。另一方面，MF 仅吸附在壳聚糖上，在 Mt 表面上方形成两层结构。将壳聚糖与 PAM 或 MF 同时添加，而不是依次添加，不会改变吸附特性。聚合物的协同吸附归因于 Mt 与壳聚糖之间的静电引力、壳聚糖与 PAM 之间的氢键以及壳聚糖与 MF 之间的静电引力的相互作用。总之，模拟结果使我们能够为通过添加多种聚合物实现的实验观察到的协同絮凝提供机械解释。PAM 可以以簇或单个分子的形式直接吸附在 Mt 或壳聚糖上。另一方面，MF 仅吸附在壳聚糖上，在 Mt 表面上方形成两层结构。将壳聚糖与 PAM 或 MF 同时添加，而不是依次添加，不会改变吸附特性。聚合物的协同吸附归因于 Mt 与壳聚糖之间的静电引力、壳聚糖与 PAM 之间的氢键以及壳聚糖与 MF 之间的静电引力的相互作用。总之，模拟结果使我们能够为通过添加多种聚合物实现的实验观察到的协同絮凝提供机械解释。在 Mt 表面上方形成两层结构。将壳聚糖与 PAM 或 MF 同时添加，而不是依次添加，不会改变吸附特性。聚合物的协同吸附归因于 Mt 与壳聚糖之间的静电引力、壳聚糖与 PAM 之间的氢键以及壳聚糖与 MF 之间的静电引力的相互作用。总之，模拟结果使我们能够为通过添加多种聚合物实现的实验观察到的协同絮凝提供机械解释。在 Mt 表面上方形成两层结构。将壳聚糖与 PAM 或 MF 同时添加，而不是依次添加，不会改变吸附特性。聚合物的协同吸附归因于 Mt 与壳聚糖之间的静电引力、壳聚糖与 PAM 之间的氢键以及壳聚糖与 MF 之间的静电引力的相互作用。总之，模拟结果使我们能够为通过添加多种聚合物实现的实验观察到的协同絮凝提供机械解释。聚合物的协同吸附归因于 Mt 与壳聚糖之间的静电引力、壳聚糖与 PAM 之间的氢键以及壳聚糖与 MF 之间的静电引力的相互作用。总之，模拟结果使我们能够为通过添加多种聚合物实现的实验观察到的协同絮凝提供机械解释。聚合物的协同吸附归因于 Mt 与壳聚糖之间的静电引力、壳聚糖与 PAM 之间的氢键以及壳聚糖与 MF 之间的静电引力的相互作用。总之，模拟结果使我们能够为通过添加多种聚合物实现的实验观察到的协同絮凝提供机械解释。