2、煙煤性質(zhì)分析

煙煤中的無(wú)機(jī)物質(zhì)、有機(jī)物質(zhì)組成及粒徑分布會(huì)直接影響煤塵的物理及化學(xué)性質(zhì)，從而影響其潤(rùn)濕性。

2.1煤塵粒徑分布

利用激光粒度分析儀對(duì)實(shí)驗(yàn)用的煤塵粒徑分布特征測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可以看到，實(shí)驗(yàn)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(guò)34.8%，粒徑在2.5μm以下的煤塵累積量超過(guò)了11.7%，對(duì)井下礦工的職業(yè)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(huì)影響煤塵潤(rùn)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(shí)驗(yàn)所用煤塵較難被水直接潤(rùn)濕。

2.2煤塵工業(yè)分析和元素分析

根據(jù)GB/T 212—2008《煤的工業(yè)分析方法》和GB/T 31391—2015《煤的元素分析方法》對(duì)實(shí)驗(yàn)用煤煤樣進(jìn)行工業(yè)和元素分析，結(jié)果見(jiàn)表3。

從煤樣的工業(yè)分析可以看出，該煙煤中的水分及灰分等無(wú)機(jī)組分含量都較低，分別僅占872%和2.71%，煤塵的潤(rùn)濕性較差。而揮發(fā)分含量高達(dá)33.72%，說(shuō)明該煙煤煤樣容易揮發(fā)出甲烷、乙烯、乙炔等氣體，表面存在大量性質(zhì)活潑、穩(wěn)定性差的有機(jī)物質(zhì)，容易阻擋溶液對(duì)煤塵的潤(rùn)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(shuō)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(rùn)濕。因此，可以推斷該煤樣較難被水直接潤(rùn)濕，必須加入表面活性劑作為添加劑提高煤塵潤(rùn)濕性。

3、實(shí)驗(yàn)結(jié)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(lái)描述液體與空氣的性質(zhì)差異，差異越小，表面張力也越小，煤塵與溶液接觸時(shí)能障越小，越有利于煤塵進(jìn)入溶液。

3.1.1濃度對(duì)表面活性劑溶液表面張力的影響

在25℃條件下，測(cè)定溶液表面張力隨濃度變化的結(jié)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(shí)驗(yàn)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(dá)到臨界膠束濃度后趨于穩(wěn)定，此時(shí)的表面張力稱為臨界膠束濃度時(shí)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(píng)價(jià)溶液表面活性的重要指標(biāo)。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(dāng)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(dāng)濃度為0.2 g/L時(shí)，8種溶液的表面張力降至25.22～40.64 mN/m，當(dāng)濃度為2.0 g/L時(shí)，8種溶液的表面張力均降至35 mN/m以下，比自來(lái)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(dāng)濃度為0.1 g/L時(shí)，APG溶液表面張力為25.41 mN/m，比自來(lái)水下降了6542%，而SDBS溶液表面張力為45.82 mN/m，只比自來(lái)水下降了不足40%。

3.1.2表面活性劑性質(zhì)對(duì)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(fā)生突變前的曲線相切，另一條與發(fā)生突變后的曲線相切，在交叉點(diǎn)得到其臨界膠束濃度及表面張力。

由圖2可見(jiàn)，8種表面活性劑溶液表面張力隨濃度變化的趨勢(shì)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(shuō)明表面活性劑分子在溶液中形成膠束的能力越強(qiáng)。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(qiáng)到弱排序?yàn)椋篈PG>BS-12>1631>OA-12>JFC>DTAB>AOT>SDBS，總體呈現(xiàn)出兩性型>非離子型>陽(yáng)離子型>陰離子型的規(guī)律。溶液的γcmc值越小，表面活性劑降低表面張力的能力越強(qiáng)，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(qiáng)，γcmc值僅為25.61 mN/m，比水降低了65.15%。而陽(yáng)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(qiáng)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(yáng)離子型。APG的臨界膠束濃度和表面張力都最低，這可能是因?yàn)锳PG分子為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，環(huán)狀結(jié)構(gòu)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(qiáng)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(zhì)密切相關(guān)。在達(dá)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(yáng)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(yōu)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(qiáng)。