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不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的EMI溶液的表面張力測(cè)定【實(shí)驗(yàn)下】
來(lái)源:礦業(yè)安全與環(huán)保 瀏覽 258 次 發(fā)布時(shí)間:2024-08-28
2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
2.1 EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)表面張力的影響
對(duì)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的EMI溶液進(jìn)行表面張力測(cè)試,結(jié)果如圖2所示。
圖2不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)EMI溶液的表面張力
由圖2可知,隨著溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大,表面張力持續(xù)降低。當(dāng)溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.6%后,表面張力的變化趨勢(shì)逐漸變緩,幾乎維持在同一水平。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因在于加入溶液中的EMI會(huì)對(duì)溶液的表面張力產(chǎn)生重要影響。EMI分子本身具有兩親性質(zhì),其中有機(jī)高分子會(huì)在溶液的表面形成吸附,并在液面定向排列,使疏水基擴(kuò)展于空氣中,親水基則與水面吸附,溶液中EMI分子吸附狀態(tài)隨其質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化情況如圖3所示。吸附于水面的EMI分子達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí),EMI溶液的膠束質(zhì)量分?jǐn)?shù)便達(dá)到臨界值,EMI分子開(kāi)始締合逐步形成膠束聚集物,該質(zhì)量分?jǐn)?shù)即為溶液的CMC值。之后,繼續(xù)加入EMI溶液,表面張力不再發(fā)生較大波動(dòng),溶液內(nèi)逐漸締合成更多穩(wěn)定的膠束。
圖3 EMI分子在水溶液中隨質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化的吸附狀態(tài)
2.2 EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)接觸角的影響
接觸角是指在氣、液、固三相交界處的氣—液界面和固—液界面之間的夾角。接觸角作為測(cè)試液體對(duì)固體潤(rùn)濕效果的重要參數(shù),對(duì)測(cè)試煤塵的潤(rùn)濕性具有重要作用,接觸角越小,液體對(duì)固體的潤(rùn)濕效果越強(qiáng)。利用接觸角測(cè)量?jī)x,對(duì)液滴與測(cè)試煤樣之間的接觸角進(jìn)行成像,如圖4所示(圖像從左到右,溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸增大)。由圖4可知,隨著煤樣粒徑的減小,4種煤樣與液滴之間的接觸角均逐漸增大。當(dāng)加入EMI溶液后,4種煤樣的接觸角隨溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大而變化的趨勢(shì)大致相同,均呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢(shì),表面疏水性減弱,煤塵潤(rùn)濕性增強(qiáng)。
圖4不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)EMI的溶液潤(rùn)濕煤塵接觸角成像圖
接觸角與溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系如圖5所示。
圖5接觸角與溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系
由圖5可知,針對(duì)160目測(cè)試煤樣,溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.0%后,接觸角的減小率更高,當(dāng)溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.0%時(shí),接觸角為0°,煤樣被快速潤(rùn)濕,達(dá)到完全潤(rùn)濕狀態(tài)。EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同時(shí),200目與300目測(cè)試煤樣的變化趨勢(shì)大致相同。200目測(cè)試煤樣在EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1.0%的溶液時(shí),接觸角呈線性減小趨勢(shì),當(dāng)大于1.0%后,接觸角減小率出現(xiàn)先逐漸變緩而后逐漸增大的細(xì)微波動(dòng);300目測(cè)試煤樣在EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%~0.6%時(shí),接觸角減小率出現(xiàn)細(xì)微波動(dòng),呈先變緩后逐步增大的趨勢(shì);當(dāng)溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到8.0%時(shí),兩組測(cè)試煤樣均達(dá)到完全潤(rùn)濕狀態(tài),接觸角為0°。而400目測(cè)試煤樣的煤塵粒徑最小,煤樣的潤(rùn)濕性較弱,當(dāng)溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%~2.0%時(shí),接觸角減小率呈先逐漸增大而后逐漸變緩的趨勢(shì);當(dāng)溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.0%時(shí),接觸角的減小率呈線性降低趨勢(shì);當(dāng)溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到8.0%時(shí),煤樣還未達(dá)到完全潤(rùn)濕狀態(tài)。
2.3 EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)煤塵吸濕性的影響
通過(guò)吸濕實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)4組測(cè)試煤樣進(jìn)行測(cè)試,煤塵吸濕量與溶液中的EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)關(guān)系如圖6所示。
圖6煤塵吸濕量與溶液中的EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系
由圖6可知,4組測(cè)試煤樣對(duì)純水的吸濕量均較低,當(dāng)加入EMI溶液后,隨著加入溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大,4組測(cè)試煤樣的吸濕量均普遍升高。當(dāng)溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到8.0%時(shí),160目測(cè)試煤塵的吸濕量為0.170 4 g,吸濕量相比于純水增大12.8倍;200目測(cè)試煤樣煤塵的吸濕量為0.135 2 g,是純水條件下的17.1倍;質(zhì)量分?jǐn)?shù)低的EMI溶液對(duì)300目測(cè)試煤樣的影響較小,當(dāng)溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到8.0%時(shí),吸濕量為0.104 9 g,相比于純水條件下,吸濕量增大了19.8倍;400目測(cè)試煤樣受EMI溶液的影響最大,隨著溶液中EMI分子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大,煤塵的吸濕量持續(xù)增大,當(dāng)溶液中EMI的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到8.0%時(shí),煤塵的吸濕量為0.083 5 g,相比于純水條件下的吸濕量增大28.8倍,潤(rùn)濕性提升最為明顯。
2.4 EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)煤塵沉降效果的影響
圖7展示了煤塵沉降時(shí)間與溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系。從圖7可以看出,同一測(cè)試煤樣在不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)EMI的溶液中,EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高,煤塵的沉降速度逐漸加快,但不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)EMI溶液對(duì)煤塵潤(rùn)濕速度的提升幅度不同,尤其在EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低時(shí),不同的測(cè)試煤樣在不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)EMI溶液中的沉降速率的提升幅度均不相同。
圖7煤塵沉降時(shí)間與EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系
從圖8可以看出,160目測(cè)試煤樣在EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)低的溶液中,煤塵的沉降速度較慢,且變化率較小,隨著溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大所需沉降時(shí)間明顯縮短,沉降速度逐漸增大;當(dāng)EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同時(shí),相比于160目測(cè)試煤樣,200目測(cè)試煤樣所需沉降時(shí)間更長(zhǎng),沉降速度相對(duì)較慢。隨著溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大,200目測(cè)試煤樣完全沉降所需時(shí)間明顯縮短;從整體來(lái)看,300目測(cè)試煤樣隨溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大在沉降過(guò)程中所需時(shí)間縮短較為明顯,沉降時(shí)間總體縮短約99.8%;而400目測(cè)試煤樣相比于其他3組測(cè)試煤樣來(lái)說(shuō),所需的沉降時(shí)間最長(zhǎng),受EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響最明顯。
圖8煤塵沉降速度與EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系
2.5 EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)煤塵保水效果的影響
對(duì)比不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)EMI溶液對(duì)不同粒徑煤樣保水率的影響曲線(見(jiàn)圖9)可以發(fā)現(xiàn),在160目測(cè)試煤樣中,煤樣在溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%時(shí)靜置,出現(xiàn)了析水現(xiàn)象。相比于160目測(cè)試煤樣,200目和300目測(cè)試煤樣分別在EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%、6.0%的溶液中靜置,出現(xiàn)了析水現(xiàn)象。160、200、300目3組測(cè)試煤樣,在EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于6.0%的溶液的保水率在216 h后趨于穩(wěn)定,400目測(cè)試煤樣在208 h后趨于穩(wěn)定;而在EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.0%與8.0%溶液中,160、200、300、400目測(cè)試煤樣分別在240、248、232、216 h后保水率趨于穩(wěn)定,穩(wěn)定時(shí)間均大幅提高。說(shuō)明溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高,煤塵的保水效果越好。
圖9不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)EMI溶液中煤樣保水率變化曲線
測(cè)試煤樣在保水率穩(wěn)定后會(huì)板結(jié)凝固,板結(jié)硬度越高,煤樣凝固性越強(qiáng),越不容易出現(xiàn)二次揚(yáng)塵現(xiàn)象。煤樣板結(jié)硬度與溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系如圖10所示。
圖10煤樣板結(jié)硬度與溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系
由圖10可知,當(dāng)EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0~2.0%時(shí),煤樣的粒徑越小,溶液蒸發(fā)后的板結(jié)硬度越高;當(dāng)EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%~8.0%時(shí),大粒徑煤塵的板結(jié)硬度逐漸增大,尤其160目測(cè)試煤樣的板結(jié)硬度增大最為明顯。
160目測(cè)試煤樣,溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0~0.8%時(shí),煤樣的板結(jié)硬度隨溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大緩慢增大;當(dāng)溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1.0%時(shí),煤塵的板結(jié)硬度快速增大;當(dāng)溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到8.0%時(shí),板結(jié)硬度為91 HA。200目與300目測(cè)試煤樣的板結(jié)硬度變化趨勢(shì)較為類似,煤樣在EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0~0.2%時(shí),板結(jié)硬度呈先減小而后持續(xù)增大的趨勢(shì);當(dāng)EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%~8.0%時(shí),板結(jié)硬度逐漸增大。400目測(cè)試煤塵在EMI溶液中煤塵的板結(jié)硬度變化趨勢(shì)不明顯,保持在44~54 HA,尤其在EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.0%時(shí),板結(jié)硬度較低并趨于穩(wěn)定。
3.結(jié)論
通過(guò)測(cè)定不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的EMI溶液的表面張力,并以不同粒徑煤塵與EMI溶液的接觸角、煤塵潤(rùn)濕速度、煤塵吸濕量及保水性為指標(biāo),實(shí)驗(yàn)得出以下結(jié)論:
1)EMI溶液可有效降低水的表面張力;
2)EMI分子在煤基質(zhì)表面微孔內(nèi)因摩擦阻力增大而穩(wěn)定吸附,減少了水分流失;
3)EMI分子在煤塵表面吸附形成EMI吸附層,改變了煤塵表面特性,增強(qiáng)了煤塵潤(rùn)濕性;
4)EMI溶液提高了溶液的抗蒸發(fā)性。