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表面張力儀應(yīng)用:研究活性磁化水對(duì)無煙煤塵的濕潤(rùn)作用(一)
來源:北京理工大學(xué)學(xué)報(bào) 瀏覽 90 次 發(fā)布時(shí)間:2025-03-06
煤塵是煤礦井下開采的主要危害之一,主要表現(xiàn)在煤塵爆炸和塵肺病職業(yè)危害兩方面。其產(chǎn)生位置主要在采煤工作面和掘進(jìn)工作面。為了有效降低作業(yè)環(huán)境粉塵濃度,國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量嘗試。目前在煤礦井下應(yīng)用最為廣泛的降塵措施為噴霧降塵,而傳統(tǒng)的噴霧降塵效果并不理想,其主要原因之一在于大多數(shù)情況下水滴難以濕潤(rùn)煤塵形成大顆粒沉降。
許多學(xué)者通過添加表面活性劑改善煤的濕潤(rùn)性,從而提高抑塵效率。關(guān)于表面活性劑的研究主要集中在離子表面活性劑、非離子表面活性劑、天然表面活性劑和復(fù)合表面活性劑的研究。而另一部分學(xué)者發(fā)現(xiàn),采用磁場(chǎng)磁化方法可降低水的表面張力,從而改善水對(duì)煤塵的濕潤(rùn)作用。NIE等研究發(fā)現(xiàn)采用磁場(chǎng)磁化方法可以降低礦井水的表面張力,在礦井水中添加適宜的表面活性劑,表面張力降低甚至大于磁化對(duì)礦井水的作用。從降低表面張力的角度來看,采用磁場(chǎng)磁化礦井水與表面活性劑的應(yīng)用結(jié)合,會(huì)發(fā)揮更加明顯的作用。WANG等研究了不同溶質(zhì)體積分?jǐn)?shù)和磁場(chǎng)作用時(shí)間處理對(duì)抑塵劑的作用,發(fā)現(xiàn)磁化處理對(duì)非離子表面活性劑溶液的影響比較明顯。ZHOU等為了有效提高降塵水的潤(rùn)濕性能,開發(fā)了一種具有表面活性磁化水的新型防塵技術(shù),可以明顯提高降塵效率。
上述關(guān)于表面活性劑、活性磁化水改善煤塵濕潤(rùn)性研究,所選煤樣多為褐煤和煙煤。而YAO等通過核磁共振(NMR)和X射線光電子能譜(XPS)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)無煙煤相較于褐煤、氣煤,煤樣多環(huán)芳香結(jié)構(gòu)緊湊,表面含氧官能團(tuán)幾乎全部脫除,潤(rùn)濕性差。
為此,一些學(xué)者試圖通過添加非離子試劑或離子試劑來改善水對(duì)無煙煤塵的濕潤(rùn)作用。因此,為了提高無煙煤塵的降塵效率,對(duì)活性磁化水的試劑、濃度、磁化強(qiáng)度、磁化時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,優(yōu)選最佳表面活性劑及其添加濃度、最佳磁化參數(shù),將之用于產(chǎn)生活性磁化水并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用,對(duì)于無煙煤塵降塵具有較好的現(xiàn)實(shí)意義。
1實(shí)驗(yàn)材料
1.1煤樣
煤樣取自山西沁水煤田東南部15號(hào)煤,為無煙煤。將煤樣粉碎并篩至250目以下,由FW-4A型粉末壓片機(jī)以30 MPa壓力壓制,形成煤樣壓片,用于溶液的接觸角測(cè)量實(shí)驗(yàn)。
1.2溶液
用于本實(shí)驗(yàn)的溶液有4種,溶質(zhì)分別為:十二烷基硫酸鈉(SDS)、十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)、十二烷基磺酸鈉和塵克C&C礦用除塵劑,溶劑為水,水取自山西沁水煤田煤礦井下管道靜壓水。依據(jù)實(shí)驗(yàn)方案,以上溶液分別配備6種不同濃度(質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.05%,0.10%,0.15%,0.20%,0.25%,0.30%)。
2實(shí)驗(yàn)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)方法
2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備
2.1.1磁化儀器
磁化實(shí)驗(yàn)磁場(chǎng)由TY1000型永磁測(cè)量?jī)x提供。該儀器可通過直流電源進(jìn)行勵(lì)磁,磁場(chǎng)穩(wěn)定可調(diào)。為了確定最佳磁化強(qiáng)度和磁化時(shí)間,本研究中采用TY1000型永磁測(cè)量?jī)x分別為實(shí)驗(yàn)提供100,200,300,400,500 mT.
2.1.2表面張力測(cè)試儀
表面張力采用JYW-200B型微控全自動(dòng)液體表面張力儀進(jìn)行測(cè)試。采用脫環(huán)法測(cè)量液體的表面張力,可實(shí)時(shí)記錄脫環(huán)過程中液體薄膜的張力,直至薄膜破裂,取整個(gè)過程中的最大張力為液體的表面張力。
2.1.3接觸角測(cè)試儀
采用JY-PHb接觸角測(cè)定儀進(jìn)行實(shí)驗(yàn)液體的接觸角測(cè)量。測(cè)量時(shí),先將待測(cè)液體滴于固體表面,待固~液~氣三相界面平衡后進(jìn)行拍攝,在影像中做液面的切線,并測(cè)量切線與固體界面的夾角,所得夾角就是接觸角。
2.2實(shí)驗(yàn)方法
2.2.1最佳溶液和最佳濃度
為了選取濕潤(rùn)性最好的溶液,分別采用礦井管道水配備了十二烷基硫酸鈉(SDS)溶液、十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)溶液、十二烷基磺酸鈉溶液和塵克C&C溶液。各溶液分別以6種濃度配備:質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.05%,0.10%,0.15%,0.20%,0.25%,0.30%.然后,對(duì)所配備溶液進(jìn)行表面張力測(cè)試,根據(jù)表面張力測(cè)試結(jié)果選取最優(yōu)溶劑及溶液濃度。
2.2.2最佳磁化強(qiáng)度
礦井水在磁化1——5 min時(shí),其表面張力趨于穩(wěn)定。為了確定最佳磁化強(qiáng)度,分別對(duì)最優(yōu)表面活性溶液施加磁場(chǎng)磁化并測(cè)定不同磁化強(qiáng)度下溶液的表面張力。實(shí)驗(yàn)磁場(chǎng)強(qiáng)度依次為:100,200,300,400,500 mT.磁化時(shí)間為5 min.
2.2.3最佳磁化時(shí)間
為了確定最佳磁化時(shí)間,分別對(duì)最優(yōu)表面活性溶液施加不同時(shí)間的最優(yōu)磁場(chǎng)強(qiáng)度的磁場(chǎng)。磁化時(shí)間分別為:60,120,180,240,300 s.然后,選取最優(yōu)磁化時(shí)間區(qū)間,并在最佳磁化時(shí)間區(qū)間內(nèi),分別對(duì)最優(yōu)表面活性溶液進(jìn)行磁化,磁化時(shí)間間隔為10 s,同時(shí)測(cè)試不同磁化時(shí)間下溶液的表面張力,以確定最佳磁化時(shí)間。
2.2.4活性磁化水優(yōu)化參數(shù)評(píng)價(jià)
為了評(píng)價(jià)活性磁化水的濕潤(rùn)性,其在低水分無煙煤煤樣壓片表面的接觸角是一個(gè)很重要的參數(shù)。在本研究中,分別測(cè)試了礦井管道水、最優(yōu)表面活性溶液、最優(yōu)活性磁化水在低水分無煙煤煤樣壓片表面的接觸角,并計(jì)算了粘附功、浸濕功、擴(kuò)展功,以評(píng)價(jià)活性磁化水的優(yōu)化效果。
表面張力儀應(yīng)用:研究活性磁化水對(duì)無煙煤塵的濕潤(rùn)作用(一)