表面活性剂在褐煤表面吸附特性及其对煤润湿性的影响

发布时间：2017-09-04 12:35

  本文关键词：表面活性剂在褐煤表面吸附特性及其对煤润湿性的影响

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【摘要】：褐煤毛细孔结构发达,表面含氧基团较多,因其强极性易与水分子发生缔合,造成褐煤表面极易被水润湿而无法进行高效利用。目前加压水热、热压成型等褐煤脱水提质的方法因能耗大、污染严重十分受限。而表面活性剂以其独特的分子结构(由亲水基团和疏水基团构成)日益成为调控表面润湿性质的重要工具。理论上表面活性剂与褐煤接触,亲水端能与褐煤表面的亲水含氧基团发生吸附,其疏水端朝外,从而能够改善褐煤易被润湿的性质,增强其表面疏水性。表面活性剂亲水基团类型、表面活性剂在褐煤表面的吸附特性及作用机理、褐煤表面含氧基团的数量等都是表面活性剂调控褐煤表面润湿性的重要影响因素。本文进行了一系列吸附试验,系统地考察了十六烷基三甲基溴化铵阳离子表面活性剂(CTAB)、gemini阳离子表面活性剂、十二烷基苯磺酸钠阴离子表面活性剂(SDBS)、十二烷基磺酸钠阴离子表面活性剂(SDS)在褐煤表面的吸附特征及对其润湿性的影响;并以双氧水氧化法制备氧化煤,研究了含氧官能团含量对褐煤吸附CTAB、gemini表面活性剂及其润湿改性的影响;探讨了褐煤对gemini表面活性剂的吸附机制。实验主要的研究结果如下:1.增大表面活性剂溶液初始浓度、升高温度有利于表面活性剂在褐煤表面的吸附,褐煤对阳离子表面活性剂有较强的吸附能力;CTAB、gemini阳离子表面活性剂增强褐煤疏水性的效果明显优于SDBS和SDS,而gemini表面活性剂的改性效果强于CTAB。2.双氧水氧化法能够增大煤中含氧官能团含量,含氧基团含量随氧化时间增加而增加,而氧化时间大于十二小时含氧官能团含量增加幅度不大;含氧基团含量升高能促进褐煤对CTAB及gemini阳离子表面活性剂吸附量的增大;CTAB、gemini阳离子表面活性剂能够显著降低原煤及氧化煤的表面亲水性,并且对氧化煤的改性效果更显著;表面活性剂溶液浓度较高时,含氧官能团含量高的氧化煤对CTAB的吸附量较大,出现多层吸附,使得煤表面亲水性反而增加。3.静电力是gemini阳离子表面活性剂在褐煤表面进行吸附的推动力,一定离子强度下,疏水作用超越静电力成为吸附的主要推动力,而氢键作用力不是褐煤吸附gemini表面活性剂的主要吸附推动力;解吸过程未检测到gemini的脱除,说明褐煤与gemini表面活性剂间形成了较强的作用力,常温下的机械搅拌无法破坏;碱性环境能够促进褐煤对gemini表面活性剂的吸附;添加无机盐KCl可以促进gemini表面活性剂在褐煤表面的吸附,尤其在较低表面活性剂初始浓度条件下,不仅不易形成多层吸附以节省表面活性剂用量,而且能够较好地增强褐煤表面疏水性。
【关键词】：褐煤 表面活性剂 吸附特性 润湿性 含氧官能团 吸附机制
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD849.2
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 选题背景11-18
• 1.1.1 褐煤储量现状11
• 1.1.2 褐煤利用现状及前景11-15
• 1.1.3 褐煤中水分对其利用的弊端15-16
• 1.1.4 褐煤干燥提质现状16-18
• 1.2 表面活性剂概述18-20
• 1.2.1 概念及种类18-19
• 1.2.2 表面活性剂基本性质19
• 1.2.3 表面活性剂的实际应用及研究19-20
• 1.3 表面活性剂改善固体表面润湿性的研究现状20-24
• 1.3.1 表面活性剂改变固体（褐煤）表面润湿性的机理的探讨21
• 1.3.2 表面活性剂吸附机制及影响吸附过程的因素21-23
• 1.3.3 吸附量的测定方法及改性效果的评定方法23-24
• 1.4 主要研究内容24-25
• 第二章 实验仪器及测试方法25-33
• 2.1 试验煤样25
• 2.2 傅里叶红外光谱仪25
• 2.3 Zeta电位的测定25-26
• 2.4 紫外可见分光光度计26
• 2.5 吸附试验26-27
• 2.6 表面活性剂吸附量的测定27-31
• 2.6.1 CTAB吸附量的测定27-28
• 2.6.2 gemini吸附量的测定28-29
• 2.6.3 SDBS吸附量的测定29-30
• 2.6.4 SDS吸附量的测定30-31
• 2.7 润湿热测定31
• 2.8 水分复吸率的测定31-33
• 第三章 表面活性剂在褐煤表面吸附行为及对润湿性的影响33-43
• 3.1 试验部分33
• 3.2 结果与讨论33-41
• 3.2.1 煤液比对吸附量的影响33-34
• 3.2.2 表面活性剂溶液初始浓度对吸附量的影响34-36
• 3.2.3 表面活性剂溶液温度对吸附量的影响36-38
• 3.2.4 时间对吸附量的影响38-39
• 3.2.5 表面活性剂对改变褐煤润湿性的影响39-41
• 3.3 本章小结41-43
• 第四章 含氧官能团对褐煤吸附CTAB、gemini及对润湿性的影响43-57
• 4.1 试验部分43-44
• 4.1.1 氧化煤样的制备43
• 4.1.2 含氧官能团含量的测定43-44
• 4.1.3 煤样吸附CTAB、gemini试验44
• 4.2 结果与讨论44-55
• 4.2.1 氧化煤样的Zeta电位与红外光谱分析44-46
• 4.2.2 含氧官能团含量对CTAB吸附量的影响46-49
• 4.2.3 含氧官能团含量对gemini吸附量的影响49-51
• 4.2.4 吸附CTAB对煤表面润湿性的影响51-53
• 4.2.5 吸附gemini表面活性剂对煤表面润湿性的影响53-55
• 4.3 本章小结55-57
• 第五章 gemini表面活性剂在褐煤表面吸附机制的探讨57-65
• 5.1 试验部分57-58
• 5.1.1 试验煤样及表面活性剂57
• 5.1.2 Zeta电位的测定57
• 5.1.3 吸附试验57
• 5.1.4 吸附量的测定方法57
• 5.1.5 解吸试验57-58
• 5.2 结果与讨论58-64
• 5.2.1 Zeta电位58-59
• 5.2.2 吸附量59-62
• 5.2.3 吸附过程中添加无机盐离子对褐煤润湿性的影响62-64
• 5.3 本章小结64-65
• 第六章 结论与建议65-67
• 6.1 结论65
• 6.2 不足及建议65-67
• 参考文献67-72
• 致谢72-73
• 攻读学位期间发表的学术论文73

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本文编号：791608