表面活性离子液体影响煤尘润湿性的实验研究

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矿井粉尘目前仍是煤矿行业的主要灾害之一。基于水溶液的防尘技术与材料一直是矿尘防治的研究热点。目前多集中于降低水溶液表面张力的研究,对本质提高煤尘润湿性能的研究较少。室温离子液体具有较传统试剂对煤结构更显著的溶解破坏作用,能够影响煤表面微观结构的物理化学性质。因此,基于前期研究基础,本文重点分析了表面活性离子液体双重改性水溶液及煤尘表面微观结构润湿特性,预期实现煤尘润湿防尘效果的根本性提高。主要工作及成果如下:(1)选取了褐煤、烟煤、无烟煤三种不同煤化程度的6种煤样,利用接触角测量仪测试了6种煤尘样品与去离子水的接触角,用于宏观表征不同煤化程度煤尘样品的润湿性,并通过工业分析和元素分析实验关联分析了润湿性与煤尘组分的关系。结果发现,煤尘组分中水分、固定碳、碳元素、氧元素是影响煤尘润湿性的主要因素,其中水分、氧元素与润湿性正相关,固定碳、碳元素与润湿性负相关。通过红外光谱和X射线光电子能谱实验分析了不同煤化程度煤尘样品的表面官能团差异,并关联分析了表面官能团与润湿性的关系,发现含氧类官能团与润湿性正相关,脂肪烃类官能团与润湿性负相关。(2)选取了10种离子液体,并利用表面张力仪测试分析了不同浓度离子液体的表面张力,用于表征离子液体的表面活性特征。结果发现,离子液体的表面张力均不同程度小于去离子水的表面张力,说明这些离子液体均能有效降低水的表面张力,增强水溶液对煤尘的润湿性能。进一步优选了功能化离子液体1-羟乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐[HOEt MIm][NTf2]和典型表面活性类离子液体1-十二烷基-3-甲基咪唑溴盐[C12MIm]Br用于测试离子液体溶液与不同煤化程度煤尘的接触角,发现离子液体溶液与煤尘的接触角值小于去离子水与煤尘的接触角,且[C12MIm]Br溶液的接触角最小,其润湿煤尘的效果最强。(3)分析了离子液体[HOEt MIm][NTf2]、[C12MIm]Br溶液对褐煤、烟煤、无烟煤三种不同煤化程度煤尘润湿性的改性作用,测试了两种离子液体溶液处理后的煤尘样品与去离子水及两种离子液体溶液的接触角。结果发现,离子液体处理不利于褐煤润湿性的增强,但对烟煤、无烟煤润湿性的增强效果显著。离子液体处理能够增强烟煤和无烟煤吸收溶液的性能。通过红外光谱和X射线光电子能谱实验分析了离子液体处理煤尘的表面官能团变化,发现处理后煤尘表面亲水基团增加,疏水基团减少,且有部分离子液体残留在煤样表面,共同促进了煤尘润湿性的增强。综合来看,[C12MIm]Br处理煤尘与[C12MIm]Br溶液双重作用下的煤尘润湿性增强效果最显著。该论文有图35幅,表16个,参考文献106篇。
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