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user: 3. 结果与讨论 3.1. 抑尘剂对煤粉润湿性的影响 分别选用了四种抑尘剂A、B、C、D，使用正向渗透法研究了抑尘剂对于煤尘NR的润湿能力的影响。如图2所示，在水中加入抑尘剂可以增加在煤尘NR表面的润湿能力，渗透时间大幅降低。四种抑尘剂的润湿能力数据如表1所示，纯水在煤尘表面4 cm的渗透时间为489 s。相比之下，抑尘剂C、B和D均能够较大程度提高对煤尘的润湿能力，渗透时间分别降低至291 s、317 s和337 s，润湿能力相比纯水分别提高了40.5%、35.2%和31.1%。抑尘剂A的润湿能力相对较差，渗透相同煤尘距离所需要的时间为412 s，润湿能力比纯水仅提高了15.7%。 图2. 四种抑尘剂溶液在煤尘表面的渗透性能 Table 1 Wetting ability data of four dust suppressant H 2 O A B C D 渗透时间/s 489 412 317 291 337 润湿性/% 0 15.7 35.2 40.5 31.1 表1. 四种抑尘剂的润湿能力数据 3.2. 无机盐种类对抑尘剂润湿性的影响 含0.1 wt.% NaCl和0.1 wt.% Na 2 SO 4 的抑尘剂对煤尘润湿性能的影响如图3所示。图3分别为不同抑尘剂渗透煤尘距离为4 cm所需要的渗透时间。使用不加无机盐的抑尘剂在煤尘中进行润湿性能对比，如图3所示，加入无机盐能够明显降低抑尘剂在煤尘表面的渗透时间，增加了对煤尘的润湿能力。 抑尘剂主要由阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂以及其他助剂组成。其中，表面活性剂是一种具有两亲性的物质，加入少量能使其溶液体系的界面状态发生明显变化，是抑尘剂的重要组成部分。如图4所示，煤尘表面暴露着大量的极性有机基团，水在煤尘表面很难发生润湿行为；抑尘剂中的表面活性剂亲油端与煤尘表面的有机基团具有较好的相容性，能够在煤尘表面定向排列并且将亲水基团引入煤尘表面，增加了水与煤尘之间的润湿能力。无机盐的引入对于阴离子表面活性剂具有增效作用。根据双电层理论，双电层可以分为紧密层和扩散层，当溶液中加入无机盐后，无机盐中的离子会压缩扩散层，使得扩散层厚度减小，从而降低了界面能；同时其无机盐离子还能减小双电层中的静电力作用，促进了抑尘剂在煤尘表面的吸附，提高了润湿性能。 如图3所示，0.1 wt.%无机盐NaCl、Na 2 SO 4 对于抑尘剂A、D的润湿性能具有较强的提升效果。加入Na 2 SO 4 、NaCl可以使抑尘剂A在煤粉表面的渗透时间由412 s分别降低到336 s、231 s，润湿性能从15.7%分别提高至31.3%、52.8%。而两种无机盐对于抑尘剂B、C的润湿性并没有体现出明显效果。通过表2可以看出，抑尘剂B、C的ζ电势相对较低，配方中以非离子表面活性剂为主要成分，无机盐对于非离子表面活性剂的影响程度较低，对抑尘剂B、C的润湿能力提高不明显。抑尘剂A、D中ζ电势相对较大，阴离子表面活性剂的相对含量较高，少量的无机盐能够降低阴离子表面活性剂之间的静电排斥，压缩双电层厚度，从而较大程度上增强抑尘剂A、D在煤尘表面的润湿能力。 图3. 加入不同无机盐的抑尘剂对煤尘润湿性能的影响 图4. 加入无机盐组分的抑尘剂溶液在煤尘表面的吸附机理示意图 Table 2 Zeta potentials of four dust suppressant 抑尘剂种类 A B C D ζ电势 −12.8 −11.9 −7.2 −23.8 表2. 四种抑尘剂的ζ电势 对于4种抑尘剂，含有0.1 wt.% NaCl的抑尘剂溶液渗透时间均明显小于含有0.1 wt.% Na 2 SO 4 的抑尘剂溶液渗透相同距离所需时间。因此，可以得知NaCl对于提高抑尘剂润湿性能的作用比Na 2 SO 4 更为显著。与Na 2 SO 4 相比，在水溶液中加入NaCl，负离子的价态相对较低，对于金属正离子的吸引能力较弱，因此电离出的Na + ，能够有效的吸附在阴离子表面活性剂的亲水端表面，降低了表面电势，从而有效改善了溶液–煤尘界面性能。外加无机盐的阴离子价态越高，吸引无机反离子的能力越强，双电层结构比较松散，从而导致润湿能力下降。 3.3. 无机盐浓度对抑尘剂润湿性的影响 从图4可知，NaCl对于提高抑尘剂润湿性能的作用更为显著。因此，在抑尘剂中加入不同浓度的NaCl，研究无机盐浓度对煤尘NR的润湿性能的影响。如图5所示，少量的NaCl的引入，能够降低抑尘剂在煤尘表面的渗透时间。NaCl的引入能够降低抑尘剂溶液的表面张力，使抑尘剂在煤尘表面的接触角不断降低 [ 18 ]。另外，无机盐能够增强表面活性物质在煤尘表面的吸附能力，降低煤尘与抑尘剂之间的界面能，提高了抑尘剂对煤尘的润湿性能；煤尘中含有大量的酚羟基、羧基等有机基团，因此煤尘表面呈现电负性 [ 19 ]。当NaCl含量持续增加时，抑尘剂A、B、C在煤尘表面的渗透时间趋于平稳，而抑尘剂D出现渗透时间增加后平缓的趋势。相比之下，抑尘剂B、C对于NaCl的敏感程度较低，随着NaCl含量增加其润湿能力变化不大；NaCl对抑尘剂A、D在煤尘表面的润湿能力影响程度较大。 图5. 不同浓度NaCl对0.2 wt.%不同类型抑尘剂的渗透性影响 同样根据渗透实验结果进行润湿性能计算，具体见表3。由表3可以看到，抑尘剂A对NaCl最为敏感，随着无机盐含量的增加，抑尘剂在煤尘表面的润湿能力持续提高。当加入0.3% NaCl时，抑尘剂润湿相同煤尘高度所需要的时间降低至194 s，其润湿性能由15.7%提升至60.3%，在煤尘表面的润湿程度最高提升3.8倍左右；抑尘剂C对NaCl最不敏感，随着NaCl浓度的增加，C溶液的润湿性能变化均比较小，润湿性提高程度不超过1%。对于四种抑尘剂A，B，C和D，它们对应最佳提高润湿性能的NaCl浓度分别为0.3%、0.2%、0.1%和0.1%。 结合四种抑尘剂的配方、ζ电势等性能，对NaCl改善不同抑尘剂在煤尘表面的润湿性进行进一步分析。如表2所示，四种抑尘剂的ζ电势相差较大，C具有最低的ζ电势，其主要组成为非离子型表面活性剂，阴离子表面活性剂含量较低，无机盐对于非离子型表面活性剂的促进作用非常微弱。因此加入无机盐对于抑尘剂C的润湿性能影响较低，随着NaCl含量增加，渗透时间几乎没有发生任何变化。相比于抑尘剂C，抑尘剂B中的阴离子表面活性剂的含量稍高，加入无机盐能够增强阴离子表面活性剂亲水端的作用力，提高抑尘剂在煤尘表面的润湿能力。 Table 3 Wetting properties of dust suppressants containing different concentrations of NaCl on the surface of N 润湿性能 (%) NaCl浓度(wt.%) 0 0.05 0.10 0.20 0.30 0.40 A 15.7 38.0 52.8 59.7 60.3 56.9 B 35.2 35.8 39.5 41.9 39.3 38.2 C 40.5 40.7 41.5 39.9 38.2 37.6 D 31.1 38.4 58.5 36.2 33.5 33.1 表3. 含有不同浓度NaCl的抑尘剂与煤尘NR的润湿性能 A的ζ电势较大，成分中主要含量为阴离子表面活性剂，在煤尘NR表面排布时亲水端阴离子排斥力较大，导致电层排列松散，界面性能相对较差。无机盐的加入能够降低阴离子表面活性剂间的排斥力，促进阴离子表面活性剂在煤尘表面形成紧密的双电层结构，改善了煤尘表面的亲水能力。随着无机盐含量的持续增加，其润湿能力得到不断增强，而后趋于平缓。 抑尘剂D具有最高的ζ电势，其中阴离子表面活性剂的含量最高，且含有少量的Na 2 SO 4 杂质。少量NaCl的加入较大程度上增加抑尘剂在煤尘表面的润湿能力，当加入量持续增加时，过多的无机盐离子增加了双电层的静电作用力距离，破坏了稳定的双电层结构，导致润湿性能下降。同时，当无机盐含量持续增加时，Na + 含量不断增加，导致金属正离子被吸附于煤尘表面，改变了煤尘表面的电荷性质，吸引了部分阴离子表面活性剂的阴离子亲水端与煤尘表面的Na + 结合，使表面活性剂疏水端裸露在外侧，从而降低了润湿能力。