不同变质程度煤表面动态行为与临界表面张力的研究

发布时间：2019-11-02 12:27

【摘要】：为研究不同变质程度煤表面动态行为和临界表面张力,利用悬滴法恒温27℃测试不同浓度下的烷基糖苷(APG)溶液表面张力,以及利用躺滴法动态连续跟踪测量模式研究不同浓度下的APG溶液在煤表面接触角随时间的变化情况。研究结果表明:水在煤表面形成接触角较大,且接触角变化不明显;随着APG溶液浓度的增大,溶液在煤表面形成的接触角变小,同时接触角的变化幅度也在增大,当APG溶液浓度超过临界胶束浓度时,接触角进一步减小,但变化幅度减小;接触角余弦值与临界表面张力的相关性显著,且呈负相关关系;随着煤样变质程度的提高,临界表面张力先减小后增大。
【图文】：

6835．500．9374首山一矿1．357．4122．821．3635新丰矿1．7214．4416．381．7816大宁矿2．5412．6510．252．4441．4溶液表面张力及接触角的测定采用德国Kruss公司生产的DSA型光学法液滴形态分析系统(以下简称DSA分析系统)，利用悬滴法(pendantdrop)恒温27℃测试不同浓度下的APG溶液表面张力，利用躺滴法(sessiledrop)动态连续跟踪测量模式研究不同浓度下的APG溶液在煤表面接触角随时间的变化情况。2实验结果及分析2．1APG溶液的表面张力通过DSA分析系统，利用悬滴法测试不同浓度下APG溶液的表面张力，结果如图1所示。图1不同浓度下APG溶液的表面张力由图1可以发现，随着APG溶液体积分数(浓度)的增大，其表面张力先呈现急剧下降趋势，后趋于平稳。当APG溶液浓度大于0．04%时，溶液的表面张力不再明显下降，最后表面张力接近22mN/m。对于表面活性剂溶液来说，当表面活性剂用量达到一定值时，表面活性剂分子在水表面达到饱和，此时继续增加表面活性剂用量，，溶液的表面张力不再明显减小，部分表面活性剂分子在水中聚集、形成胶束，此时的溶液浓度称为该种表面活性剂的临界胶束浓度。利用直线相交法，通过在图中作2条直线，一条直线经过表面张力下降区，另一条经过表面·36·Vol.42No.6Dec.2015矿业安全与环保MININGSAFETY＆ENVIＲONMENTALPＲOTECTION第42卷第6期2015年12月

．2不同煤样的动态接触角溶液滴落在煤表面上时，会在煤的固、液界面处形成初始接触角;随着时间的延长，接触角会一直发生变化，最终形成平衡接触角。平衡接触角是指在有限时间内(取12s)所达到的最低值。如果时间继续延长，平衡接触角还会略有降低，但在实际应用中意义不大［15］。DSA分析系统可精确拍摄到瞬时固、液接触角变化的图像，最快拍摄50帧/s，能进行智能数据处理，操作简单，仪器精度高，测量结果准确，重现性好，为研究润湿的动态过程提供了有力的技术支持。通过该系统得到接触角随时间的变化曲线，如图2所示。(a)顾桥矿煤样(b)千秋矿煤样(c)付村矿煤样(d)首山一矿煤样(e)新丰矿煤样(f)大宁矿煤样图2不同浓度的APG溶液在煤表面的润湿曲线通过图2可以看出，水在煤表面形成接触角较大，并且起始接触角与平衡接触角相差不大，接触角变化不明显。这是由于水的张力较大，比煤的表面能大得多，使得水在煤表面形成的接触角较大，同时水滴表面张力大，表面收缩能力强，渗透性能差，难以润湿煤样。随着APG溶液浓度的提高，溶液在煤表面形成的接触角变小，同时接触角的变化幅度也在增大。当溶液浓度超过临界胶束浓度时，溶液的表面张力虽然不再变化，但溶液内的表面活性剂分子可以跟煤的大分子结构分子间相互作用，溶液浓度越高，分子间作用力越强烈，使表面活性剂溶液的固—液界面张力变小［16］，导致接触角进一步减校但是溶液达到临界胶束浓度后，接触角的变化幅度也在变校2．3煤的临界表面张力根据相关研究［17］，发现同系物液体与同一固体表面的平衡接触角θ随液体表面张力γ的降低而变小，以cosθ对液体表面张力γ作图，可得直线，将直线延长到cosθ=1处，相应的表面张力值被称作此固体润湿的临界?

【参考文献】

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本文编号：2554494