生物可降解型复合抑尘剂对不同煤质粉尘润湿性的协同效应研究

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矿井作业过程中易产生大量煤尘,具有极大的危险性。煤尘治理不当不仅会增加煤矿作业工人尘肺病致病率,还会引起粉尘爆炸危险事故造成大量人员伤亡。在已有喷雾除尘技术中所用的抑尘剂大部分使用化学材料或者是化学工艺合成,对环境会产生不良影响。对此,国内外已有很多从环保角度出发,以提高煤尘润湿效率及润湿程度为目标开展了大量研究,但依然鲜有实验对抑尘剂从源头材料进行改进,难以兼顾环保、降尘效果及成本三者的平衡关系。因此,采用实验研究,模型构建及数据分析方法,使用生物型表面活性剂为主要试剂,配制绿色生物可降解型复合抑尘剂,研究了该抑尘剂对于不同煤质粉尘润湿性的协同效应及影响规律。具体研究内容及成果如下:通过对常见生物表面活性剂以及辅助性试剂进行单体表面张力测试,并用傅里叶红外光谱分析内部微观结构,综合考虑成本问题,选择出三种生物表面活性剂作为复合抑尘剂的主要成分,一种增稠剂及一种增效剂作为辅助性试剂,进行生物型阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂的复配实验。配制比例不同的新型生物复合抑尘剂,对煤尘进行润湿实验并记录润湿时间;以各试剂的不同浓度作为影响因素,润湿时间作为响应值,基于数学统计分析方法,建立最优化配比模型确定煤尘最优润湿效果的抑尘剂组分。根据模型得到使润湿性最优配比为:鼠李糖脂0.129%,内酯型槐糖脂0.044%,Surfactin0.029%。在此添加量配比下,模型预测的复配试剂作用于无烟煤煤尘的润湿时间为31.777s,而煤尘在纯净水中一分钟后依然无法完全润湿,抑尘剂有效提高了润湿效率。鉴于我国煤尘种类丰富且储量大,变质程度不同的特点,将配制好的新型生物可降解型复合抑尘剂作用于不同矿区所采集的四种煤样,对不同煤尘进行工业分析,傅里叶红外光谱测试,表面Zeta电位变化,接触角测定实验,润湿热测定。对比了不同煤尘经过处理后的理化指标,分析各变化量与煤尘润湿性能之间的关联性。实验结果表明:抑尘剂作用后低变质程度褐煤的润湿性能最佳,变质程度较高的气肥煤与无烟煤经处理后,虽然不是润湿性能最好的,却可以观察出它们理化参数出现明显变化,说明对于该抑尘剂较敏感。四种煤尘均出现不同程度的变化,使用SPSS建立皮尔逊矩阵散点图,观察出煤尘表面电位变化与其化学组分之间的线性关系,以及两两变量间的关联性。采用逐步回归分析法建立表面电位值变化量的回归模型,选定表面Zeta变化量为因变量,分析其与煤尘各化学组分之间关联性,得到公式:[ΔZeta(m V)]=9.864-0.12[FCd(%)]。选定评估煤尘润湿效果的定量化参数,以润湿热值变化量表征煤尘润湿性能的增强幅度,揭示了该抑尘剂提升煤尘润湿性的机理,对比经抑尘剂处理前后不同煤尘的理化指标,主要表面含氧官能团含量的变化程度。通过建立多元回归模型分析可以得出经处理后的煤尘润湿热增量与煤尘理化性质间的量化关系,得到多元回归公式:[ΔH(J/g)]=-956.319+16.577[ΔZeta]+14.7865[-OH(%)]+2.4675[C=O(%)]。定量分析了实验配制生物可降解型复合抑尘剂对于不同煤尘的作用效果,多维度衡量了润湿热增强幅度不同的原因,量化了相关指标与润湿效果的关联性,为预先判断该生物可降解型复合抑尘剂对于不同煤尘的润湿效果提供理论依据。实际应用前可通过小剂量实验预判对现场煤尘的润湿效果,进而考虑是否大规模使用。
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