润湿性煤尘抑制剂的筛选及润湿特性研究

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在煤炭采集、装卸、输送、加工、使用等过程中均会产生污染空气的煤尘。粉尘浓度达到一定量时,会造成严重的煤尘爆炸事故,使得器械加快磨损以及导致煤矿工人患尘肺病。所以,做好井下粉尘的综合防治,降低煤尘带来的各种损害,是科研工作者研究的重点问题。其中,表面活性剂溶液润湿煤尘是井下除尘的一种重要方式。但目前的润湿剂仍旧存在降尘效率低、成本高、适用范围小等缺点,且缺乏对表面活性剂溶液润湿煤尘机理的研究。本文在前人的基础上进行了进一步研究,主要研究内容及结论如下:1、采用改进沉降实验法,从常见的9种表面活性剂中筛选出了润湿性比较好的3种试剂,即:脂肪醇聚氧乙烯(9)醚(AEO9)、十二烷基硫酸钠(SDS)和壬基酚聚氧乙烯醚(NP-10)。最终发现,质量分数为0.6%的SDS沉降速率最快,质量分数为0.4%的AEO9和质量复配比为3:1的AEO9:NP-10溶液在质量分数为0.8%时的效果次之。2、测量了质量分数为0.8%的四种表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、月桂酰胺丙基氧化铵(LAO-30)、AEO9溶液的表面张力,四种试剂平衡表面张力大小关系为:SDBS<AEO9<LAO-30<DTAB。测量了4种表面活性剂溶液的动态表面张力,并用修正的Rosen公式对动态表面张力进行了拟合。根据拟合参数判断,四种试剂从体相溶液到亚表层的扩散速度顺序为DTAB<LAO-30<SDBS<AEO9。表面活性剂分子从亚表层吸附到溶液表层的速度快慢依次为:DTAB<LAO-30<SDBS<AEO9。四种试剂的扩散均属于混合动力学控制,修正扩散系数Da大小顺序为:DTAB<LAO-30<SDBS<AEO9,表明四种表面活性剂溶液润湿煤尘时,各分子在与煤尘结合之前,在水溶液中从体相运动到亚表层,再由亚表层吸附到溶液表层的运动速度依次为:AEO9最快、SDBS次之、LAO-30更慢一些、DTAB最慢。3、测量了质量分数均为0.8%的四种表面活性剂DTAB、SDBS、LAO-30、AEO9溶液在煤表面的动态接触角,并计算出了各自的接触角变化率常数,发现接触角变化率常数与沉降快慢结果一致。4、测量了浓度分别为5×10-5mol/L、8×10-5mol/L、1.5×10-4mol/L的AEO9表面活性剂溶液与煤表面的相互作用力,发现其中的最大斥力和最大引力存在明显规律性,最大斥力和最大引力的大小顺序均为:5×10-5mol/L>8×10-5mol/L>1.5×10-4mol/L。同时测量了溶液液滴的平衡表面张力和液滴与煤块在最大斥力处的接触角。结果表明,随着溶液浓度的增大,表面张力、接触角均减小,最大斥力也减小,说明液滴润湿煤尘能力增强。同时,随着AEO9表面活性剂溶液浓度增大,表面张力变小,这导致液滴的Laplace压力减小,从而使得液滴更容易被拉断。在实际应用中,AEO9溶液浓度增大后,液滴的分散性也增强,从而加大与煤尘颗粒结合的几率,提高降尘效率。另外,测量了浓度为1.5×10-4mol/L的三种同系列表面活性剂AEO7、AEO9、AEO12溶液液滴与煤表面的作用力,最大斥力大小关系为AEO9<AEO7<AEO12,则三种试剂润湿煤尘的性能关系为:AEO9>AEO7>AEO12。然而,三者表面张力大小关系为:AEO7<AEO9<AEO12,与最大斥力大小关系不一致。但是,测量所得接触角的大小关系却与最大斥力大小关系一致。这说明,相比表面张力,接触角对最大斥力的影响更大。最大引力大小关系为:AEO9<AEO7<AEO12,则AEO9最易分散成小液滴与煤尘结合,以达到较高的降尘效率。
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