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不同非離子表面活性劑的動(dòng)態(tài)吸附鋪展及對(duì)煤塵潤濕機(jī)制的研究
來源：張殿龍 瀏覽 794 次 發(fā)布時(shí)間:2022-10-27
我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費(fèi)國，煤炭在我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中長期發(fā)揮了基礎(chǔ)作用和支柱作用。在我國目前的能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，60%的電力，80%的民用商品能源，60%的化工產(chǎn)品都是由煤炭轉(zhuǎn)化提供的，煤炭為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。但是煤炭在生產(chǎn)過程中對(duì)環(huán)境造成的危害也是不可低估的，特別是煤炭在開采、堆放、運(yùn)輸、加工、利用幾乎所有環(huán)節(jié)都會(huì)產(chǎn)生不同程度的煤塵，煤炭揚(yáng)塵是煤炭生產(chǎn)和使用企業(yè)以及礦區(qū)城市主要的大氣污染塵源之一。
一般來說在礦井下如果沒有防塵措施，每晝夜產(chǎn)生的粉塵量約等于采煤量的1%左右。煤塵中大多數(shù)粉塵屬于可吸入顆粒，可以導(dǎo)致塵肺病，所以與煤炭工業(yè)相關(guān)的塵肺病在各類塵肺病患者中的人數(shù)最多，比例也最高。據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，煤礦工人塵肺肺癌患者81.76%的人員有平均26年左右的井下接塵經(jīng)歷?？梢娒旱V工人接觸粉塵與肺癌發(fā)病密切相關(guān)，做好煤礦井下粉塵的綜合防治，降低塵肺病及塵肺肺癌患者的發(fā)生，是煤礦職業(yè)病防治重點(diǎn)。所以有關(guān)煤礦粉塵抑塵劑方面的研究和開發(fā)一直是理論和工業(yè)界的研究熱點(diǎn)。
表面活性劑作為抑塵劑的主要成分，在吸附粉塵方面表現(xiàn)出很好的性能。它通過捕捉、吸附、團(tuán)聚粉塵微粒，將其緊鎖于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)之內(nèi)，起到濕潤、粘接、凝結(jié)、吸濕、防塵、防浸蝕和抗沖刷的作用。抑塵劑中的表面活性劑能顯著降低溶液的表面張力，使其有效潤濕粉塵表面，使粉塵團(tuán)聚沉降，從而達(dá)到降塵的效果，所以選擇合適的表面活性劑是提高抑塵劑降塵效果的關(guān)鍵因素。對(duì)于表面活性劑的研究許多國家的研究人員做了大量工作，促進(jìn)了抑塵劑的發(fā)展，在一些國家和地區(qū)已取得優(yōu)良的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。但是現(xiàn)有抑塵劑中表面活性劑的選用靠經(jīng)驗(yàn)選用，缺乏有效理論指導(dǎo)。
本論文以脂肪醇聚氧乙烯醚和壬基酚聚氧乙烯醚非離子表面活性劑、異構(gòu)脂肪醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯型雙子表面活性劑和聚醚改性硅油為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行表面動(dòng)態(tài)吸附和鋪展性能的研究，并對(duì)煤塵的抑制機(jī)制進(jìn)行了初步的探討，研究內(nèi)容包括:
1、用平衡表面張力、動(dòng)態(tài)表面張力和動(dòng)態(tài)接觸角法對(duì)脂肪醇聚氧乙烯醚(10)和壬基酚聚氧乙烯醚(7和10)動(dòng)態(tài)吸附與動(dòng)態(tài)潤濕行為進(jìn)行了研究，主要考察分子結(jié)構(gòu)中的疏水基對(duì)其動(dòng)態(tài)吸附與動(dòng)態(tài)潤濕行為的影響。結(jié)果表明都具有較高的表面活性，能把水的表面張力降低到29mn/m左右，其在水溶液中的吸附機(jī)制為擴(kuò)散控制模式，但動(dòng)態(tài)表面張力卻稍有差別，np-10動(dòng)態(tài)表面張力較好，反映在鋪展性能上也稍好。表面活性劑在低能表面的鋪展性能不僅與表面活性劑的濃度有關(guān)，還與表面活性劑的動(dòng)態(tài)表面張力有關(guān)，而這些在本質(zhì)上都與分子結(jié)構(gòu)有重要關(guān)系。
2、用平衡表面張力、動(dòng)態(tài)表面張力和動(dòng)態(tài)接觸角法對(duì)異構(gòu)脂肪醇聚氧乙烯醚的動(dòng)態(tài)吸附與動(dòng)態(tài)潤濕行為進(jìn)行了研究，主要建立了描述表面活性劑的動(dòng)態(tài)吸附和動(dòng)態(tài)潤濕性能的數(shù)學(xué)模型，在模型中提出了用平衡接觸角和系數(shù)k來定量評(píng)價(jià)材料的潤濕性能。運(yùn)用該模型對(duì)表面活性劑在低能表面的潤濕性能進(jìn)行了研究，得出表面活性劑e1310的平衡接觸角較小和k值較大時(shí)，在石蠟表面的潤濕性能較好。同時(shí)也得出，異構(gòu)脂肪醇聚氧乙烯醚表面活性劑在低能表面的鋪展性能不僅與表面活性劑的分子疏水基的結(jié)構(gòu)有關(guān)，還與其親水基中的聚氧乙烯數(shù)目有關(guān)。
3、用平衡表面張力、動(dòng)態(tài)表面張力和動(dòng)態(tài)接觸角法對(duì)高度支鏈化的四甲基-6-癸炔-5，8-二醇聚氧乙烯醚(聚氧乙烯數(shù)為2和4)的動(dòng)態(tài)吸附與動(dòng)態(tài)潤濕行為進(jìn)行了研究，其平衡態(tài)和動(dòng)態(tài)表面張力測(cè)試表明，能在較低濃度下在較短時(shí)間內(nèi)將水的表面張力降低到26mN/m左右，說明其具有較高的動(dòng)態(tài)表面活性。接觸角實(shí)驗(yàn)表明它也能夠有效降低溶液在低能表面的接觸角。
4、設(shè)計(jì)、合成了兩種低分子聚醚改性硅氧烷，并用紅外、核磁共振對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，并測(cè)試了其動(dòng)態(tài)吸附與動(dòng)態(tài)潤濕行為，主要考察分子結(jié)構(gòu)對(duì)其動(dòng)態(tài)吸附與動(dòng)態(tài)潤濕行為和影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，兩種表面活性劑的平衡表面張力和臨界聚集濃度基本一樣，但動(dòng)態(tài)表面張力卻有很大差別，聚醚改性三硅氧烷具有良好的動(dòng)態(tài)表面張力，其在石蠟表面的接觸角測(cè)試也表明聚醚改性三硅氧烷能完全潤濕低能表面。本文實(shí)驗(yàn)也表明表面活性劑在低能表面的接觸角不僅與其平衡表面張力有關(guān)，而且與其動(dòng)態(tài)表面張力也有密切相關(guān)。
5、用紅外光譜分析了煤粉的表面特性，而后考察了不同結(jié)構(gòu)、不同支鏈度的潤濕劑對(duì)煤塵的潤濕效果，并從動(dòng)態(tài)表面張力角度，對(duì)其潤濕機(jī)制進(jìn)行了探討，并據(jù)此篩選了潤濕效果較好的煤塵潤濕劑異構(gòu)脂肪醇聚氧乙烯醚、對(duì)其濃度對(duì)潤濕的影響進(jìn)行了研究。以上研究結(jié)果對(duì)于表面活性劑的開發(fā)和新型煤塵潤濕劑的篩選具有重要的指導(dǎo)意義，并對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用開發(fā)將起到積極的作用。