2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)表面張力的影響

對(duì)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的EMI溶液進(jìn)行表面張力測(cè)試，結(jié)果如圖2所示。

圖2不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)EMI溶液的表面張力

由圖2可知，隨著溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，表面張力持續(xù)降低。當(dāng)溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.6%后，表面張力的變化趨勢(shì)逐漸變緩，幾乎維持在同一水平。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因在于加入溶液中的EMI會(huì)對(duì)溶液的表面張力產(chǎn)生重要影響。EMI分子本身具有兩親性質(zhì)，其中有機(jī)高分子會(huì)在溶液的表面形成吸附，并在液面定向排列，使疏水基擴(kuò)展于空氣中，親水基則與水面吸附，溶液中EMI分子吸附狀態(tài)隨其質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化情況如圖3所示。吸附于水面的EMI分子達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí),EMI溶液的膠束質(zhì)量分?jǐn)?shù)便達(dá)到臨界值，EMI分子開始締合逐步形成膠束聚集物，該質(zhì)量分?jǐn)?shù)即為溶液的CMC值。之后，繼續(xù)加入EMI溶液，表面張力不再發(fā)生較大波動(dòng)，溶液內(nèi)逐漸締合成更多穩(wěn)定的膠束。

圖3 EMI分子在水溶液中隨質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化的吸附狀態(tài)

2.2 EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)接觸角的影響

接觸角是指在氣、液、固三相交界處的氣—液界面和固—液界面之間的夾角。接觸角作為測(cè)試液體對(duì)固體潤(rùn)濕效果的重要參數(shù)，對(duì)測(cè)試煤塵的潤(rùn)濕性具有重要作用，接觸角越小，液體對(duì)固體的潤(rùn)濕效果越強(qiáng)。利用接觸角測(cè)量?jī)x，對(duì)液滴與測(cè)試煤樣之間的接觸角進(jìn)行成像，如圖4所示(圖像從左到右，溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸增大)。由圖4可知，隨著煤樣粒徑的減小，4種煤樣與液滴之間的接觸角均逐漸增大。當(dāng)加入EMI溶液后，4種煤樣的接觸角隨溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大而變化的趨勢(shì)大致相同，均呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢(shì)，表面疏水性減弱，煤塵潤(rùn)濕性增強(qiáng)。

圖4不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)EMI的溶液潤(rùn)濕煤塵接觸角成像圖

接觸角與溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系如圖5所示。

圖5接觸角與溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系

由圖5可知，針對(duì)160目測(cè)試煤樣，溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.0%后，接觸角的減小率更高，當(dāng)溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.0%時(shí)，接觸角為0°，煤樣被快速潤(rùn)濕，達(dá)到完全潤(rùn)濕狀態(tài)。EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同時(shí)，200目與300目測(cè)試煤樣的變化趨勢(shì)大致相同。200目測(cè)試煤樣在EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1.0%的溶液時(shí)，接觸角呈線性減小趨勢(shì)，當(dāng)大于1.0%后，接觸角減小率出現(xiàn)先逐漸變緩而后逐漸增大的細(xì)微波動(dòng)；300目測(cè)試煤樣在EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%~0.6%時(shí)，接觸角減小率出現(xiàn)細(xì)微波動(dòng)，呈先變緩后逐步增大的趨勢(shì)；當(dāng)溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到8.0%時(shí)，兩組測(cè)試煤樣均達(dá)到完全潤(rùn)濕狀態(tài)，接觸角為0°。而400目測(cè)試煤樣的煤塵粒徑最小，煤樣的潤(rùn)濕性較弱，當(dāng)溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%~2.0%時(shí)，接觸角減小率呈先逐漸增大而后逐漸變緩的趨勢(shì)；當(dāng)溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.0%時(shí)，接觸角的減小率呈線性降低趨勢(shì)；當(dāng)溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到8.0%時(shí)，煤樣還未達(dá)到完全潤(rùn)濕狀態(tài)。

2.3 EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)煤塵吸濕性的影響

通過(guò)吸濕實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)4組測(cè)試煤樣進(jìn)行測(cè)試，煤塵吸濕量與溶液中的EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)關(guān)系如圖6所示。

圖6煤塵吸濕量與溶液中的EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系

由圖6可知，4組測(cè)試煤樣對(duì)純水的吸濕量均較低，當(dāng)加入EMI溶液后，隨著加入溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，4組測(cè)試煤樣的吸濕量均普遍升高。當(dāng)溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到8.0%時(shí)，160目測(cè)試煤塵的吸濕量為0.170 4 g，吸濕量相比于純水增大12.8倍；200目測(cè)試煤樣煤塵的吸濕量為0.135 2 g，是純水條件下的17.1倍；質(zhì)量分?jǐn)?shù)低的EMI溶液對(duì)300目測(cè)試煤樣的影響較小，當(dāng)溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到8.0%時(shí)，吸濕量為0.104 9 g，相比于純水條件下，吸濕量增大了19.8倍；400目測(cè)試煤樣受EMI溶液的影響最大，隨著溶液中EMI分子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，煤塵的吸濕量持續(xù)增大，當(dāng)溶液中EMI的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到8.0%時(shí)，煤塵的吸濕量為0.083 5 g，相比于純水條件下的吸濕量增大28.8倍，潤(rùn)濕性提升最為明顯。

2.4 EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)煤塵沉降效果的影響

圖7展示了煤塵沉降時(shí)間與溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系。從圖7可以看出，同一測(cè)試煤樣在不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)EMI的溶液中，EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，煤塵的沉降速度逐漸加快，但不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)EMI溶液對(duì)煤塵潤(rùn)濕速度的提升幅度不同，尤其在EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低時(shí)，不同的測(cè)試煤樣在不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)EMI溶液中的沉降速率的提升幅度均不相同。

圖7煤塵沉降時(shí)間與EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系

從圖8可以看出，160目測(cè)試煤樣在EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)低的溶液中，煤塵的沉降速度較慢，且變化率較小，隨著溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大所需沉降時(shí)間明顯縮短，沉降速度逐漸增大；當(dāng)EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同時(shí)，相比于160目測(cè)試煤樣，200目測(cè)試煤樣所需沉降時(shí)間更長(zhǎng)，沉降速度相對(duì)較慢。隨著溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，200目測(cè)試煤樣完全沉降所需時(shí)間明顯縮短；從整體來(lái)看，300目測(cè)試煤樣隨溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大在沉降過(guò)程中所需時(shí)間縮短較為明顯，沉降時(shí)間總體縮短約99.8%；而400目測(cè)試煤樣相比于其他3組測(cè)試煤樣來(lái)說(shuō)，所需的沉降時(shí)間最長(zhǎng)，受EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響最明顯。

圖8煤塵沉降速度與EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系

2.5 EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)煤塵保水效果的影響

對(duì)比不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)EMI溶液對(duì)不同粒徑煤樣保水率的影響曲線(見圖9)可以發(fā)現(xiàn)，在160目測(cè)試煤樣中，煤樣在溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%時(shí)靜置，出現(xiàn)了析水現(xiàn)象。相比于160目測(cè)試煤樣，200目和300目測(cè)試煤樣分別在EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%、6.0%的溶液中靜置，出現(xiàn)了析水現(xiàn)象。160、200、300目3組測(cè)試煤樣，在EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于6.0%的溶液的保水率在216 h后趨于穩(wěn)定，400目測(cè)試煤樣在208 h后趨于穩(wěn)定；而在EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.0%與8.0%溶液中，160、200、300、400目測(cè)試煤樣分別在240、248、232、216 h后保水率趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定時(shí)間均大幅提高。說(shuō)明溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，煤塵的保水效果越好。

圖9不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)EMI溶液中煤樣保水率變化曲線

測(cè)試煤樣在保水率穩(wěn)定后會(huì)板結(jié)凝固，板結(jié)硬度越高，煤樣凝固性越強(qiáng)，越不容易出現(xiàn)二次揚(yáng)塵現(xiàn)象。煤樣板結(jié)硬度與溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系如圖10所示。

圖10煤樣板結(jié)硬度與溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系

由圖10可知，當(dāng)EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0~2.0%時(shí)，煤樣的粒徑越小，溶液蒸發(fā)后的板結(jié)硬度越高；當(dāng)EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%~8.0%時(shí)，大粒徑煤塵的板結(jié)硬度逐漸增大，尤其160目測(cè)試煤樣的板結(jié)硬度增大最為明顯。

160目測(cè)試煤樣，溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0~0.8%時(shí)，煤樣的板結(jié)硬度隨溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大緩慢增大；當(dāng)溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1.0%時(shí)，煤塵的板結(jié)硬度快速增大；當(dāng)溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到8.0%時(shí)，板結(jié)硬度為91 HA。200目與300目測(cè)試煤樣的板結(jié)硬度變化趨勢(shì)較為類似，煤樣在EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0~0.2%時(shí)，板結(jié)硬度呈先減小而后持續(xù)增大的趨勢(shì)；當(dāng)EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%~8.0%時(shí)，板結(jié)硬度逐漸增大。400目測(cè)試煤塵在EMI溶液中煤塵的板結(jié)硬度變化趨勢(shì)不明顯，保持在44~54 HA，尤其在EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.0%時(shí)，板結(jié)硬度較低并趨于穩(wěn)定。

3.結(jié)論

通過(guò)測(cè)定不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的EMI溶液的表面張力，并以不同粒徑煤塵與EMI溶液的接觸角、煤塵潤(rùn)濕速度、煤塵吸濕量及保水性為指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)得出以下結(jié)論：

1)EMI溶液可有效降低水的表面張力；

2)EMI分子在煤基質(zhì)表面微孔內(nèi)因摩擦阻力增大而穩(wěn)定吸附，減少了水分流失；

3)EMI分子在煤塵表面吸附形成EMI吸附層，改變了煤塵表面特性，增強(qiáng)了煤塵潤(rùn)濕性；

4)EMI溶液提高了溶液的抗蒸發(fā)性。

不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的EMI溶液的表面張力測(cè)定【實(shí)驗(yàn)上】

不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的EMI溶液的表面張力測(cè)定【實(shí)驗(yàn)下】