張麗,姜鵬,宋春輝,郭靖怡東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
表面活性劑的作用機(jī)理及影響
張麗,姜鵬,宋春輝,郭靖怡
東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
摘要:我國燃煤是環(huán)境污染的重要來源,其在資源結(jié)構(gòu)中減少了比例,但還在能源中占有重要地位。在眾多發(fā)達(dá)性國家中已經(jīng)提升了燃煤選擇技術(shù)重視度,運(yùn)用活性劑去改善污泥的活性以及瓦斯產(chǎn)生水合作用的機(jī)理以及影響等,促進(jìn)煤炭工業(yè)的發(fā)展,文章對(duì)表面活性劑在作用時(shí)的機(jī)理以及影響等展開探討。
關(guān)鍵詞:表面;活性劑;作用機(jī)理;影響
使用活性劑處理煤炭表面的污泥方法,令城市增加了污泥量。由于該物質(zhì)含有很高的水量,要想減小污泥的體積和運(yùn)輸成本,就應(yīng)對(duì)其實(shí)行脫水相關(guān)處理。例如:化學(xué)調(diào)整與處理是污泥實(shí)現(xiàn)改善的重要方式之一,該方法具有較強(qiáng)的機(jī)械性,有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)械脫水的處理。因此,需用常見的化學(xué)處理方法改善煤炭質(zhì)量。
在分類它主要包含三大類即:離子型、非離子型以及特種型。其中離子類型又分為陰離子、陽離子及其兩性離子,然而陰離子又包含羧酸、磺酸鹽類以及硫酸、磷酸酯類,陽離子還包含胺、季銨、鎓等鹽類,兩性離子包含了羧酸、磺酸的鹽型以及磷酸、甜菜的堿型及其氨基酸型,非離子則包含了聚氧乙烯型或多元醇型,特種型活性劑了含氟、硅、硼以及高分子型。
煤礦結(jié)合選浮的基本原理,在工藝中其表面活性劑的類型不同和煤炭產(chǎn)生作用的機(jī)理可將其歸結(jié)為:其陽離子和煤炭表面“負(fù)電荷”會(huì)產(chǎn)生“靜電吸附”的現(xiàn)象,增加其表面上的正電位。然而,其表面的紅外光譜并無明顯的影響,這說明活性劑和煤炭表面基團(tuán)并不產(chǎn)生明顯性作用。因此,它不會(huì)提升煤炭表面“疏水”的性能,故具有較差的浮選效果;陰離子(鹽類)活性劑吸附在煤炭表面以后,可以減小其表面的負(fù)電位,且酯基具有的吸收特征產(chǎn)生了較明顯的位移,這說明該陰離子中親水基可通過P型H鍵與靜電產(chǎn)生吸引作用,進(jìn)而吸附在煤炭的表面。它對(duì)煤炭表面的紅外光譜同樣沒有產(chǎn)生明顯的影響,足以證明活性劑基團(tuán)具有較弱的作用力,沒有明顯提升煤炭表面“疏水”的性能,在浮選效果上好于陽離子;由于鹽類陰離子的集團(tuán)中僅有一個(gè)酯基,因此不能明顯的提升浮選整體效果。要想提升其效果及處理性能,需要運(yùn)用AEC、AES,它含有多個(gè)酯基故會(huì)適用于煤炭浮選工藝中。加之原煤炭的表面具有不同種類、數(shù)目親水基團(tuán)(基團(tuán)對(duì)污泥體積變化影響如下表),選用適用性較強(qiáng)的活性劑能達(dá)到增加芳香度目的。
根據(jù)工業(yè)試驗(yàn)可知,選用FeCl3、CaO化合物處理煤炭表面活性污泥,實(shí)現(xiàn)了離心處理,在煤炭表面增加活性劑的使用量,會(huì)令污泥體積變小,如果該活性劑的重量大于0.0726,就會(huì)降低其污泥體積在減少過程中的幅度。通過比較分析,若在活性劑中混入調(diào)理劑,會(huì)保持污泥體積不變,同時(shí)還令煤炭實(shí)現(xiàn)了脫水處理。其離心脫水影響圖如下:
煤炭表面的活性劑在與FeCl3、CaO同時(shí)使用時(shí),對(duì)污泥在過濾脫水處理中的影響為:雖然改善了污泥過濾、脫水的綜合性能,但實(shí)質(zhì)上在有限用量范圍之內(nèi),其活性劑的用量增加會(huì)相應(yīng)降低其污泥整體含水量。因此,增加FeCl3、CaO兩者用量時(shí),需要增加活性劑的使用量。伴隨脫水時(shí)間的增加,污泥在使用活性劑做處理的含水量較低。
此外,煤炭表面使用活性劑會(huì)影響污泥的沉降性能,主要以自然沉降為主。加入活性劑會(huì)提升其產(chǎn)生沉降的初始速度,且加入比重低于0.197確保了沉降速度的加快。盡管可以延長沉降時(shí)間,但只要將活性劑加入至其中就會(huì)加快沉降的速度,所以要在使用活性劑時(shí)會(huì)令沉降時(shí)間變短。
由于污泥沉降現(xiàn)象還與其他因素有關(guān),主要體現(xiàn)在煤炭表面上具有的聚合物。例如:蛋白質(zhì)以及纖維素等,在測試中將蛋白質(zhì)作為重要的代表。伴隨增加了表面的活性劑使用量,進(jìn)而在煤炭表面吸釋出較多蛋白質(zhì)物質(zhì)。在固定時(shí)間之內(nèi),其蛋白質(zhì)的釋放量會(huì)隨時(shí)間的延長而增加。污泥之所以會(huì)在活性劑作用下提升沉降、脫水的性能,還是由于該活性劑與煤炭表面的物質(zhì)產(chǎn)生了作用有直接關(guān)系。
在中高壓的注水階段會(huì)產(chǎn)生潤濕作用,影響著煤炭注水的困難程度,其主要因素還是煤炭具有潤濕性能,它直接決定了煤炭在注水環(huán)節(jié)中重要指標(biāo),例如:
注水速度、注水量,通過研究發(fā)現(xiàn)了在煤炭注水中加入活性劑,能夠改善其注水的效果,且為實(shí)現(xiàn)的有效途經(jīng)之一。將活性劑“R1-89”加入至注水中,其實(shí)驗(yàn)參數(shù)如下所示。若加快注水的速度,會(huì)將其其注水的壓力,且增加了潤濕范圍、水分量。
瓦斯在水合作用下影響著其潤濕速度,該速度控制與毛細(xì)管力、鋪展作用有直接關(guān)系。煤炭在吸濕過程中有著差異重要性,若將低濃度的活性劑加入至注水中,令液體有固定表面張力值,進(jìn)而充分運(yùn)用了毛細(xì)管力的作用;若將高濃度的活性劑加入至注水中,會(huì)降低液體表面的張力,直至為確定值為止。煤炭在相同溫度、瓦斯壓力之下,其水分越高則瓦斯就具有越小的吸附含量。因此,若加入活性劑就會(huì)降低其表面的張力,且減少了接觸面積,達(dá)到了鋪張條件令煤炭實(shí)現(xiàn)均勻性潤濕目標(biāo),間接提升了煤炭表面的吸水性能,有效降低了其瓦斯在煤炭表面的吸附量,改善煤炭和、水間在表面上具有的性質(zhì),提升其親水性、潤濕性,進(jìn)而形成瓦斯“水合物”。
通過對(duì)表面活性劑在處理煤炭污染時(shí)使用的作用機(jī)理以及產(chǎn)生的影響分析,主要是選煤、改善活性污泥以及瓦斯產(chǎn)生水合作用等機(jī)理。在分析其影響之后表明,其表面活性劑只有與化學(xué)物質(zhì)向結(jié)合適應(yīng),會(huì)發(fā)揮出更好的處理煤炭效果。在選煤處理中使用具有優(yōu)化效果的乳化劑,以此改善其選浮的條件,間接減輕了煤炭細(xì)泥對(duì)環(huán)境造成的影響。其中捕收劑、起泡劑兩者品種、用量間存在相互作用的關(guān)系。因此,煤炭在結(jié)構(gòu)、性能上都要求表面活性劑拓寬其應(yīng)用的領(lǐng)域。
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作者簡介:
張麗,東北農(nóng)業(yè)大學(xué),漢族,本科;
姜鵬,東北農(nóng)業(yè)大學(xué),漢族,本科;
宋春輝,東北農(nóng)業(yè)大學(xué),漢族,本科;
郭靖怡,東北農(nóng)業(yè)大學(xué),漢族,本科。