2.實驗結(jié)果與分析

2.1 EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)對表面張力的影響

對不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的EMI溶液進(jìn)行表面張力測試，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會對溶液的表面張力產(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,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，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。接觸角作為測試液體對固體潤濕效果的重要參數(shù)，對測試煤塵的潤濕性具有重要作用，接觸角越小，液體對固體的潤濕效果越強。利用接觸角測量儀，對液滴與測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)增大而變化的趨勢大致相同，均呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢，表面疏水性減弱，煤塵潤濕性增強。

圖4不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)EMI的溶液潤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160目測試煤樣，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，接觸角為0°，煤樣被快速潤濕，達(dá)到完全潤濕狀態(tài)。EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同時，200目與300目測試煤樣的變化趨勢大致相同。200目測試煤樣在EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1.0%的溶液時，接觸角呈線性減小趨勢，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；300目測試煤樣在EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%~0.6%時，接觸角減小率出現(xiàn)細(xì)微波動，呈先變緩后逐步增大的趨勢；當(dāng)溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到8.0%時，兩組測試煤樣均達(dá)到完全潤濕狀態(tài)，接觸角為0°。而400目測試煤樣的煤塵粒徑最小，煤樣的潤濕性較弱，當(dāng)溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%~2.0%時，接觸角減小率呈先逐漸增大而后逐漸變緩的趨勢；當(dāng)溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.0%時，接觸角的減小率呈線性降低趨勢；當(dāng)溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到8.0%時，煤樣還未達(dá)到完全潤濕狀態(tài)。

2.3 EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)對煤塵吸濕性的影響

通過吸濕實驗裝置對4組測試煤樣進(jìn)行測試，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組測試煤樣對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，160目測試煤塵的吸濕量為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300目測試煤樣的影響較小，當(dāng)溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到8.0%時，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，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，潤濕性提升最為明顯。

2.4 EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)對煤塵沉降效果的影響

圖7展示了煤塵沉降時間與溶液中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溶液對煤塵潤濕速度的提升幅度不同，尤其在EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低時，不同的測試煤樣在不同質(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煤塵沉降時間與EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系

從圖8可以看出，160目測試煤樣在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，相比于160目測試煤樣，200目測試煤樣所需沉降時間更長，沉降速度相對較慢。隨著溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，200目測試煤樣完全沉降所需時間明顯縮短；從整體來看，300目測試煤樣隨溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大在沉降過程中所需時間縮短較為明顯，沉降時間總體縮短約99.8%；而400目測試煤樣相比于其他3組測試煤樣來說，所需的沉降時間最長，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)對煤塵保水效果的影響

對比不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)EMI溶液對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目測試煤樣中，煤樣在溶液中EMI質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%時靜置，出現(xiàn)了析水現(xiàn)象。相比于160目測試煤樣，200目和300目測試煤樣分別在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目測試煤樣分別在240、248、232、216 h后保水率趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定時間均大幅提高。說明溶液中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

測試煤樣在保水率穩(wěn)定后會板結(jié)凝固，板結(jié)硬度越高，煤樣凝固性越強，越不容易出現(xiàn)二次揚塵現(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，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，大粒徑煤塵的板結(jié)硬度逐漸增大，尤其160目測試煤樣的板結(jié)硬度增大最為明顯。

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

3.結(jié)論

通過測定不同質(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、煤塵潤濕速度、煤塵吸濕量及保水性為指標(biāo)，實驗得出以下結(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，增強了煤塵潤濕性；

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溶液的表面張力測定【實驗上】

不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的EMI溶液的表面張力測定【實驗下】