表面活性劑的作用機理及影響

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)生水合作用的機理以及影響等，促進煤炭工業(yè)的發(fā)展，文章對表面活性劑在作用時的機理以及影響等展開探討。

關(guān)鍵詞：表面；活性劑；作用機理；影響

引言

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輸成本，就應(yīng)對其實行脫水相關(guān)處理。例如：化學(xué)調(diào)整與處理是污泥實現(xiàn)改善的重要方式之一，該方法具有較強的機械性，有利于實現(xiàn)機械脫水的處理。因此，需用常見的化學(xué)處理方法改善煤炭質(zhì)量。

一、淺論表面活性劑的分類

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。

二、表面活性劑在煤浮選中的作用機理及影響

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)生作用的機理可將其歸結(jié)為：其陽離子和煤炭表面“負(fù)電荷”會產(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并不產(chǎn)生明顯性作用。因此，它不會提升煤炭表面“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，進而吸附在煤炭的表面。它對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中僅有一個酯基，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，需要運用AEC、AES，它含有多個酯基故會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（基團對污泥體積變化影響如下表），選用適用性較強的活性劑能達(dá)到增加芳香度目的。

三、表面活性劑改進活性污泥的作用機理及影響

根據(jù)工業(yè)試驗可知，選用FeCl3、CaO化合物處理煤炭表面活性污泥，實現(xiàn)了離心處理，在煤炭表面增加活性劑的使用量，會令污泥體積變小，如果該活性劑的重量大于0.0726，就會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，會保持污泥體積不變，同時還令煤炭實現(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同時使用時，對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，但實質(zhì)上在有限用量范圍之內(nèi)，其活性劑的用量增加會相應(yīng)降低其污泥整體含水量。因此，增加FeCl3、CaO兩者用量時，需要增加活性劑的使用量。伴隨脫水時間的增加，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影響污泥的沉降性能，主要以自然沉降為主。加入活性劑會提升其產(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間，但只要將活性劑加入至其中就會加快沉降的速度，所以要在使用活性劑時會令沉降時間變短。

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，進而在煤炭表面吸釋出較多蛋白質(zhì)物質(zhì)。在固定時間之內(nèi)，其蛋白質(zhì)的釋放量會隨時間的延長而增加。污泥之所以會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。

四、表面活性劑在瓦斯水合中的作用機理及影響

在中高壓的注水階段會產(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，且為實現(xiàn)的有效途經(jīng)之一。將活性劑“R1-89”加入至注水中，其實驗參數(shù)如下所示。若加快注水的速度,會將其其注水的壓力，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，進而充分運用了毛細(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，進而形成瓦斯“水合物”。

五、結(jié)束語

通過對表面活性劑在處理煤炭污染時使用的作用機理以及產(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。