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篩選常用、經濟且可抑制低階煤煤塵的表面活性劑（二）
來源：西安科技大學學報（社會科學版） 瀏覽 1104 次 發布時間:2024-11-26
2、煙煤性質分析
煙煤中的無機物質、有機物質組成及粒徑分布會直接影響煤塵的物理及化學性質，從而影響其潤濕性。
2.1煤塵粒徑分布
利用激光粒度分析儀對實驗用的煤塵粒徑分布特征測試，結果見表2。
由表2可以看到，實驗用的煙煤粒徑較小，可吸入塵所占比例較高，粒徑在10μm以下煤塵的累積量超過34.8%，粒徑在2.5μm以下的煤塵累積量超過了11.7%，對井下礦工的職業健康安全有較大威脅。此外，有研究表明，煤塵粒徑分布特征會影響煤塵潤濕性，煤塵粒徑越小，煤塵表面越容易與空氣形成一層“氣膜”將其包裹，而水的表面張力較高，較難取代空氣后在煤塵表面鋪展，因此實驗所用煤塵較難被水直接潤濕。
2.2煤塵工業分析和元素分析
根據GB/T 212—2008《煤的工業分析方法》和GB/T 31391—2015《煤的元素分析方法》對實驗用煤煤樣進行工業和元素分析，結果見表3。
從煤樣的工業分析可以看出，該煙煤中的水分及灰分等無機組分含量都較低，分別僅占872%和2.71%，煤塵的潤濕性較差。而揮發分含量高達33.72%，說明該煙煤煤樣容易揮發出甲烷、乙烯、乙炔等氣體，表面存在大量性質活潑、穩定性差的有機物質，容易阻擋溶液對煤塵的潤濕。從元素分析中可以看到，煤塵元素中煤樣中的固定碳含量為54.85%，說明煤化程度較低，該煙煤的氧碳比和氫碳比分別僅為0.16和0.06，低的氧碳比和氫碳比也不利于煤塵被潤濕。因此，可以推斷該煤樣較難被水直接潤濕，必須加入表面活性劑作為添加劑提高煤塵潤濕性。
3、實驗結果與分析
3.1表面活性劑溶液的表面張力
表面張力通常用來描述液體與空氣的性質差異，差異越小，表面張力也越小，煤塵與溶液接觸時能障越小，越有利于煤塵進入溶液。
3.1.1濃度對表面活性劑溶液表面張力的影響
在25℃條件下，測定溶液表面張力隨濃度變化的結果如圖1所示。純水的表面張力為73.48 mN/m。
由圖1可以看出，向水中加入實驗所選取的8種表面活性劑，都能有效降低溶液表面張力。8種表面活性劑溶液的表面張力隨濃度的增大先增大，達到臨界膠束濃度后趨于穩定，此時的表面張力稱為臨界膠束濃度時的表面張力，用于衡量表面活性劑降低表面張力的能力，也是評價溶液表面活性的重要指標。8種表面活性劑均可在較低濃度下，快速降低溶液表面張力，當表面活性劑濃度為0.05 g/L，8種溶液的表面張力降至25.43～46.76 mN/m，當濃度為0.2 g/L時，8種溶液的表面張力降至25.22～40.64 mN/m，當濃度為2.0 g/L時，8種溶液的表面張力均降至35 mN/m以下，比自來水的表面張力下降了一倍多。但同一濃度下，8種表面活性劑降低表面張力的能力存在一定差異，當濃度為0.1 g/L時，APG溶液表面張力為25.41 mN/m，比自來水下降了6542%，而SDBS溶液表面張力為45.82 mN/m，只比自來水下降了不足40%。
3.1.2表面活性劑性質對表面張力的影響
圖2分別是8種表面活性劑溶液表面張力隨濃度的變化曲線，在曲線上作出兩條直線，一條與發生突變前的曲線相切，另一條與發生突變后的曲線相切，在交叉點得到其臨界膠束濃度及表面張力。
由圖2可見，8種表面活性劑溶液表面張力隨濃度變化的趨勢大體上相同，但其臨界膠束濃度及表面張力有較大差別。溶液臨界膠束濃度越小，說明表面活性劑分子在溶液中形成膠束的能力越強。8種表面活性劑的臨界膠束濃度主要集中在濃度為0.1～0.4 g/L左右，其中APG的臨界膠束濃度最小為0.04 g/L，SDBS的最大為0.53 g/L，8種表面活性劑形成膠束能力由強到弱排序為：APG>BS-12>1631>OA-12>JFC>DTAB>AOT>SDBS，總體呈現出兩性型>非離子型>陽離子型>陰離子型的規律。溶液的γcmc值越小，表面活性劑降低表面張力的能力越強，陰離子和非離子型的4種表面活性劑γcmc值均較低，其中APG降低表面張力能力最強，γcmc值僅為25.61 mN/m，比水降低了65.15%。而陽離子和兩性型的表面張力較高，均在31.00 mN/m以上，1631降低表面張力的能力最弱，表面張力為34.79 mN/m。8種表面活性劑降低表面張力的能力由強到弱依次排序如下：APG>JFC>AOT>SDBS>OA-12>CTAB>BS-12>1631，總體而言，非離子型>陰離子型>兩性型>陽離子型。APG的臨界膠束濃度和表面張力都最低，這可能是因為APG分子為環狀結構，環狀結構的碳原子上連接有醇羥基，這些醇羥基與水分子之間存在強相互作用，且在水溶液中溶解度很高，因此有效降低了溶液的表面張力，也更易形成膠束。
表面活性劑溶液的表面張力與濃度及自身性質密切相關。在達到臨界膠束濃度之前，溶液濃度越大，表面張力越小。在8種表面活性劑中，陽離子及兩性型表面活性劑雖然具有較低的臨界膠束濃度，但是降低表面張力的能力較差;陰離子表面活性劑的臨界膠束濃度值最高，但在降低溶液表面張力方面性能優越;非離子表面活性劑APG形成膠束能力、降低表面張力能力均為最強。