【摘 要】
:
矿井开采时会在采面、掘进面等作业位置产生大量煤尘,它不仅会影响矿工身心健康,例如患上尘肺病,同时过高浓度煤尘伴随瓦斯极易发生爆炸事故,造成不可挽回的人身伤亡和重大经济损失,具有很大的安全隐患,因此,对煤尘的防控治理显得尤为重要。由于煤层自身疏水性较强,传统煤层注水措施很难满足煤尘防控治理的要求,因此提高注水溶液对煤的润湿能力至关重要,而对注水润湿剂的改性研究是井下煤尘防控研究难点之一。本文以平顶山
论文部分内容阅读
矿井开采时会在采面、掘进面等作业位置产生大量煤尘,它不仅会影响矿工身心健康,例如患上尘肺病,同时过高浓度煤尘伴随瓦斯极易发生爆炸事故,造成不可挽回的人身伤亡和重大经济损失,具有很大的安全隐患,因此,对煤尘的防控治理显得尤为重要。由于煤层自身疏水性较强,传统煤层注水措施很难满足煤尘防控治理的要求,因此提高注水溶液对煤的润湿能力至关重要,而对注水润湿剂的改性研究是井下煤尘防控研究难点之一。本文以平顶山煤矿采集的原煤为研究对象,以煤样自身物化性质为出发点,结合工业分析、元素分析、表面官能团分析等多种物性特征研究手段,探究了煤样润湿性差的内在因素;通过测定接触角、沉降速率以及Zeta电位对七种表面活性剂进行复配润湿剂的单组分优选,并通过构建润湿动力学模型研究了不同表面活性剂润湿过程,从动态润湿方面考察了单体表面活性剂的润湿性能强弱。本文通过测定平煤煤样在不同类型复配溶液中沉降速率和Zeta电位,分析煤与不同复配溶液接触角变化,研究了表面活性剂复配对煤尘润湿性的影响;通过分子动力学模拟,从分子水平探究了阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂对煤尘润湿性的微观润湿调控机制,建立了阴离子和非离子表面活性剂的吸附构型;从煤尘表面自由能方面研究单一表面活性剂和复配表面活性剂对煤尘表面的吸附润湿特性,并得到最佳复配润湿剂方案,并应用于煤层注水实验。通过以上实验,可以得到以下结论:(1)煤样分析显示,该煤样固定碳含量高,表面致密,所含无机矿物质对润湿性影响较小,煤样比表面积与孔容非常小,煤基质较为平滑致密,煤分子以芳香环和脂肪结构的疏水官能团为主,煤样自身疏水性较强。(2)在综合考虑沉降速率、静态接触角以及接触角变化率常数等情况下,单体表面活性剂中非离子表面活性剂X-100、JFC以及阴离子表面活性剂SDBS、SDS对煤尘综合润湿效果较佳。运用分子动力学模拟研究发现单体表面活性剂增强了煤表面与水的相互作用,但由于自身稳定性局限了其对煤尘润湿改性效果。(3)阴离子和非离子表面活性剂复配溶液对煤尘的润湿效果可以实现协同润湿作用,1.5%X-100、2%JFC、2%SDBS按1:2:2比例复配后协同增效作用最好,沉降时间可达4s,这与吸附润湿剂后煤样表面可以同时保持Lewis酸碱作用与非极性Lifshitz-vander Waals作用大小有很大联系。表面活性剂作为中间载体,通过表面极性作用(Fs-w)和非极性作用(Fs-c)提高固体表面总能量,实现有效吸附和快速平衡。(4)该复配润湿剂无毒、无刺激性,可应用在井下除尘领域。将润湿剂注入煤层后,其对全尘和呼尘最高除尘率可达到86.92%和89.82%,降尘效果明显,为井下化学除尘技术提供了理论依据和技术支持。
其他文献
20世纪以来,粒子加速器极大的推动了人类了解微观世界的进程。将粒子经由加速器加速后对研究对象进行物理轰击,通过分析研究对象的状态可以了解其微观组成以及运动规律。随着探究内容的不断深入,人类渴求于探索更小的微观世界,对于更高能量加速器的需求与日俱增。现阶段,超导射频(Superconducting Radio Frequency,缩写为SRF)腔作为离子加速器的核心部件,正在被人们广泛关注和研究,通
镁合金具有比强度高、压铸性好、阻尼减震性好和易于切削加工等一系列优异性能,其作为结构材料在汽车、航空、航天等领域有广泛的应用前景,在实际服役过程中由于存在高频振动荷载的长期作用,镁合金结构件在长寿命服役条件下的安全与可靠性是必须解决的关键问题。本文采用回转弯曲和超声振动疲劳测试系统,研究了WE94镁合金高周与超高周疲劳行为,讨论了不同的应力加载方式、试样缺口和高温环境对疲劳失效模式、裂纹萌生与扩展
由于传统的燃料消耗和随之而来的环境恶化,迫切需要推广可再生能源的储能技术。自1991年石墨电池问世以来,锂离子电池(LIBs)在储能领域发挥了重要作用。然而,随着新能源汽车的发展,锂资源的价格和消费量自然会大幅上涨,这是一个严峻的事实。因此,寻找一种潜在的替代大规模储能的方法正成为一个热门话题。钠离子电池(SIBs)因其储量大、钠资源成本低廉以及类似的电化学性能而受到人们的广泛关注。近年来,钠离子
IMI834钛合金是由英国研发运用在航空航天工业中的一种新型耐高温结构材料。因其比重、强度和使用温度介于铝和钢之间且具有低密度、高强度、高韧性和抗腐蚀等特点,主要用于制作飞机发动机涡轮、转子和叶片等结构部件。近年来,针对航空钛合金材料在实际服役工况下的动载力学行为是学者们研究的重点和热点。作为飞机发动机结构部件,在服役过程需要承受高温和高频率循环载荷的严峻环境考验,长时间的服役周期要求保证发动机结
研究材料的结构、制备、性能和应用这四者的关系一直以来都是材料科学的主题。对于金属材料而言,其强度是其应用的重要指标,表示为材料可承受的极限载荷。而纯铜作为常用的有色金属材料之一,被广泛应用于交通、冶金、机械及电子产业。但纯铜的强度、硬度较低,一定程度上限制了纯铜的应用。因此进一步提升纯铜的工程应用,采取适当的工艺制备高强的纯铜变得极其重要。目前,以细晶强化为原理的等通道转角挤压技术-ECAP在制备
聚苯胺(PANI)因其成本低廉、环境友好等特性在诸多领域有广泛的应用。聚苯胺在外加电场的作用下发生稳定且可逆的颜色变化可作为电致变色材料。聚苯胺在氧化还原反应过程中可表现为能量存储的电容材料。聚苯胺因其结构特性也可以在电催化过程中表现为助催化剂。但聚苯胺基复合材料一般稳定性差,制备条件苛刻,在电化学过程中易发生团聚。同时材料合成过程繁琐,限制了其大规模化生产和实际的应用。针对上述问题,本文制备碳化
钛基复合材料由于其质量轻、强度高、高温性能优良等优势,在航空航天、军事等领域具有极大的发展前景。通过原位自生法制备钛基复合材料是目前最成熟、运用最广泛的制备方法。钛基复合材料由钛合金基体和增强体共同构成,基体和增强体的性能对复合材料的性能具有决定性作用。本文以Ti、V、Ti B2、VC、Al2Y、Al4Ce粉末为原材料,使用真空烧结炉简洁、低成本原位合成不同稀土Y、Ce含量的Ti C、Ti B/T
随着社会工业化的发展,环境污染问题日趋严重,在发展中国家尤为明显。工业源VOCs的大量排放是导致空气污染最主要的原因之一。VOCs种类繁多,一些VOCs还具有致畸致癌的危害。长期暴露于VOCs环境中,能够直接对人体器官(眼睛、鼻、呼吸道、肝脏、肺等)造成损害,同时还会损害人体神经系统,导致内分泌紊乱。VOCs还是PM2.5的重要前体物,同时还能与NOx反应生成二次气溶胶,形成雾霾天气,甚至光化学烟
钛及钛合金因比强度高、良好的生物相容性和耐蚀性等特点,被广泛用作生物医用材料。然而相比于传统的的纯钛和Ti-6Al-4V医用钛合金,β型钛合金具有更低的弹性模量、更加优异的力学性能以及耐蚀性,在医用植入材料领域受到越来越多的关注,已成为当前研究的热点。本文首先采用Mo当量法、d-电子设计理论和价电子浓度等成分设计方法,从理论上设计了四种Ti-24Nb-4Zr-x Mn(x=0,1,3,5 wt.%
由于工业的迅速发展,环境污染日益严重,为了治理污染物和保护环境,绿色环保的光催化技术成为环境环保领域的研究热点。TiO2和ZnO等传统光催化剂只能吸收波长较小的紫光,限制了其实际应用。Bi2WO6是一种窄禁带半导体,对可见光有较高的利用率和化学性质稳定等优点,成为新的研究方向。但是纯Bi2WO6的量子效率低。因此,为了提高量子效率,本文围绕Bi2WO6光催化材料,对其进行多种方法改性,提高其量子效