复配表面活性剂对褐煤疏水改性效果的实验研究

摘要

褐煤是煤化程度最低的矿产煤，全国储量丰富，但由于其变质程度低决定了褐煤具有高含水的特点，褐煤水分含量的过剩使得褐煤燃烧热值较低，运输成本增加，储藏和大规模的开发利用受到限制。普通蒸发干燥和非蒸发干燥后的褐煤，不仅不能有效抑制干燥后褐煤的水分复吸，还增加了应用能耗以及环境压力，使其干燥过程变得不经济。而表面活性剂可以定向吸附在褐煤的表面，通过阻断褐煤与水分子间的作用力，从而提高褐煤的疏水性，抑制干燥褐煤的水分复吸。在大量实际应用中，常采用两种或者两种以上的表面活性剂进行复配使用，这不仅可以表现出原表面活性剂所不具备的性质，还可以提高表面活性剂的使用性能，降低使用成本，减少不必要的环境污染和资源浪费，大大优化表面活性剂的使用效率。因此，本文采用了阳离子表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵DTAB、阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠SDS和非离子表面活性剂十二烷基醇聚氧乙烯醚(聚合度为9)C12(EO)9三种表面活性剂进行复配，通过复配表面活性剂在褐煤表面上的吸附，来探究复配表面活性剂对褐煤疏水性的改性效果，以及复配表面活性剂在对褐煤疏水改性的效果上是否强于相同条件下的单一表面活性剂对褐煤的作用。 本文先通过吉布斯吸附公式，计算两种复配表面活性剂分子间的相互作用，探究复配表面活性剂溶液中两种表面活性剂在降低表面张力及CMC时的协同拮抗作用，然后再将其吸附到褐煤表面，通过测定褐煤及褐煤吸附表面活性剂后的润湿热值和水分复吸率值探究单一及复配表面活性剂对褐煤的疏水改性效果，之后又测定了吸附表面活性剂后褐煤煤样的红外光谱图，验证表面活性剂对褐煤的疏水改性是否以覆盖褐煤亲水基团增加疏水基团的方式表现出来，Zeta 电位的测定辅助证明了表面活性剂在褐煤表面的吸附是通过表面活性剂的定向吸附，通过某种作用力吸附在褐煤表面的亲水基团，覆盖了褐煤表面的亲水部分，增加了褐煤的疏水性。实验主要内容及主要结论有： （1）配制了在三种不同比例1:2、1:1和 2:1下的三种不同类型的复配表面活性剂溶液DTAB+C12(EO)9、DTAB+SDS和C12(EO)9+SDS，首先，通过吉布斯吸附方程求得三种复配溶液 DTAB+C12(EO)9、DTAB+SDS 和C12(EO)9+SDS 分子间的相互作用参数，以及复配表面活性剂在降低表面张力和 CMC的效能和效率时的协同拮抗作用，结论可知，C12(EO)9+SDS 复配溶液在降低表面张力的效能和效率时，未显示出协同作用，其表面张力和CMC值均比单一的非离子表面活性剂C12(EO)9大，而复配表面活性剂溶液DTAB+C12(EO)9、DTAB+SDS在降低表面张力和CMC时展现出一定的协同效果； （2）将上述不同比例不同类型的表面活性剂复配溶液应用于对褐煤的吸附改性，通过润湿热和水分复吸率的测定可以看出，复配表面活性剂DTAB+C12(EO)9和DTAB+SDS对褐煤的吸附改性效果明显强于褐煤吸附单一表面活性剂后的改性效果，而吸附C12(EO)9+SDS后润湿热及水分复吸率值均不如吸附单一表面活性剂 C12(EO)9后的润湿热及水分复吸率值，这与上述计算溶液性质相一致； （3）将褐煤吸附DTAB+C12(EO)9和DTAB+SDS后的润湿热及水分复吸率值进行比较，可以看出，在不同的情况下，选择不同的复配表面活性剂类型对褐煤进行吸附改性，可以满足改性褐煤的不同的需求。

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表面活性剂复配对褐煤疏水改性效果的实验研究