化学抑尘剂在抑制煤尘中的应用探讨_李满

煤炭抑尘剂主要成分煤炭抑尘剂是一种用于控制煤炭粉尘扬尘的化学品，它可以有效地降低煤炭粉尘的产生和扩散，减少对环境和人体的危害。

煤炭抑尘剂主要由以下几种成分组成。

1. 表面活性剂表面活性剂是煤炭抑尘剂中最重要的成分之一，它可以降低煤炭颗粒之间的表面张力，使其更容易湿润和粘附在一起。

这样一来，煤炭粉尘就不容易扬起，减少了空气中的粉尘浓度。

常见的表面活性剂有阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂等。

2. 分散剂分散剂是另一种重要的成分，它可以帮助煤炭颗粒均匀地分散在水中，增加其稳定性。

分散剂能够改变煤炭颗粒的表面电荷，使其互相排斥，从而防止颗粒聚集和沉降。

常见的分散剂有聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮等。

3. 粘结剂粘结剂是煤炭抑尘剂中起到粘结作用的成分，它可以使煤炭颗粒相互粘结在一起，形成较大的团聚体，从而减少煤炭粉尘的扬尘。

常见的粘结剂有聚合物粘结剂、纤维素粘结剂等。

4. 抗结剂抗结剂是一种能够改善煤炭颗粒间结晶性的成分，它可以阻止煤炭颗粒在运输、堆放和使用过程中结晶和硬化，保持颗粒的柔软性和可流动性。

常见的抗结剂有有机抗结剂、无机抗结剂等。

5. pH调节剂pH调节剂是用来调节煤炭抑尘剂的酸碱度，使其适应不同的使用环境。

通过调节pH值，可以使煤炭抑尘剂更好地发挥其抑尘效果。

常见的pH调节剂有碱性物质、酸性物质等。

6. 其他辅助成分除了上述主要成分外，煤炭抑尘剂还可以添加一些辅助成分来增强其性能。

例如，可以添加一定量的防腐剂来延长煤炭抑尘剂的使用寿命；可以添加一些增稠剂来增加煤炭抑尘剂的粘度，提高其附着性。

煤炭抑尘剂主要由表面活性剂、分散剂、粘结剂、抗结剂、pH调节剂和其他辅助成分组成。

这些成分共同作用，可以有效地控制煤炭粉尘的产生和扩散，降低对环境和人体的危害。

煤炭抑尘剂的使用可以有效地改善煤炭相关产业的生产环境，保护工人的健康，减少环境污染。

煤尘抑尘剂在不同作业场所的应用与发展前景
田敏;李治刚;郭红光;李雨成
【期刊名称】《煤矿安全》
【年(卷),期】2022(53)10
【摘要】基于煤炭开采、运输、堆存到煤炭的加工利用等过程中产尘的危害以及给劳动者、企业和国家带来的经济负担,探讨了近年来煤尘抑尘剂的应用特点及最新研究成果。

结果表明:煤尘抑尘剂的发展已经由传统的效率强化型逐渐转变为现在的多功能、多组分、经济环保的新型材料型,其中微生物抑尘剂凭借着抑尘效率高、成本低、环保性能显著的优势渐渐成为煤尘抑尘剂领域的研究热点。

【总页数】6页(P168-172)
【作者】田敏;李治刚;郭红光;李雨成
【作者单位】太原理工大学安全与应急管理学院
【正文语种】中文
【中图分类】TD712
【相关文献】
1.煤尘抑尘剂的研究应用现状及发展趋势
2.化学抑尘剂在抑制煤尘中的应用探讨
3.新型环保煤尘抑尘剂的制备及其应用
4.农业废弃物秸秆制备煤尘抑尘剂及应用
5.导乐分娩的研究进展
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煤尘抑尘剂的研究应用现状及发展趋势刘博;张明军;文虎【摘要】近年来,由煤尘引发的职业健康、环境污染以及生命安全和财产损失等问题备受关注,喷洒抑尘剂被认为是解决煤尘问题的有效方法之一.简要介绍了煤尘抑尘剂的3种作用机理,即润湿、黏结和凝聚,从传统煤尘抑尘剂和新型煤尘抑尘剂2大方向对近年来煤尘抑尘剂的研究进展展开综述,重点讲述了复合型煤尘抑尘剂和环保型煤尘抑尘剂的研究现状.【期刊名称】《煤矿安全》【年(卷),期】2018(049)008【总页数】4页(P206-209)【关键词】煤尘;喷洒抑尘;抑尘剂;生态环保;发展趋势【作者】刘博;张明军;文虎【作者单位】西安科技大学安全科学与工程学院,陕西西安710054;陕西省煤火灾害防治重点实验室,陕西西安710054;西安科技大学安全科学与工程学院,陕西西安710054;陕西省煤火灾害防治重点实验室,陕西西安710054;西安科技大学安全科学与工程学院,陕西西安710054;陕西省煤火灾害防治重点实验室,陕西西安710054【正文语种】中文【中图分类】TD714+.4近年来，随着地下煤矿机械化开采技术的不断改进，煤尘的产量也随之显著增加，煤尘污染形成的诸多问题日益严重。

由于煤尘的悬浮性和疏水性，使其治理难度大大增加，煤尘不仅容易自燃导致爆炸，还会降低精密设备使用寿命及引发尘肺病的产生，造成大量人员伤亡和巨大的经济损失[1-2]。

如何采用更好的方法防治煤尘己经成为科研人员所面临的一项艰巨而紧迫的任务。

而其中喷洒煤尘抑尘剂被认为是解决此问题有效的方法之一[3]。

为此从传统煤尘抑尘剂和新型煤尘抑尘剂2个方面对近年来煤尘抑尘剂的研究现状展开论述，以期为生产和研究提供借鉴。

1 传统煤尘抑尘剂传统的煤尘抑尘剂主要分为润湿型、黏结型、凝聚型3大类，其中润湿型煤尘抑尘剂的生产使用最为广泛。

1.1 润湿型煤尘抑尘剂润湿型煤尘抑尘剂主要是由表面活性剂以及无机盐构成，可一定程度提高水对粉尘的润湿效果[4-5]。

抑尘剂应用现状介绍
抑尘剂是一种用于减少空气中灰尘和颗粒物浓度的化学物质。

它被广
泛应用于建筑工地、矿山、道路施工等领域，以减少空气污染和保护工人
健康。

目前，抑尘剂的应用现状如下：
1.建筑工地：在城市建设和房地产开发中，抑尘剂广泛应用于建筑工地。

建筑工地施工过程中，会产生大量的灰尘和颗粒物，对周围环境和居
民健康造成威胁。

使用抑尘剂可以有效地减少施工现场的空气污染，改善
周边环境质量。

2.矿山：矿山开采会产生大量的尘埃和颗粒物，对矿工的健康有很大
威胁。

目前，许多矿山使用抑尘剂来控制尘埃的产生和扩散，减少对矿工
的危害。

抑尘剂可以通过固化尘埃颗粒表面的水分子，使其更加稳定，减
少飞扬。

3.道路施工：道路施工过程中，会产生大量的灰尘和颗粒物，给周围
环境和驾驶员带来不便和危险。

使用抑尘剂可以降低施工现场的尘埃浓度，减少对行车和周围环境的影响。

4.工业生产：在一些工业生产过程中，也会产生大量的灰尘和颗粒物。

使用抑尘剂可以有效地降低空气中的灰尘浓度，减少对工人健康和工作环
境的影响。

5.农业：抑尘剂也被广泛应用于农业领域。

在农作物种植过程中，常
常需要进行土壤覆盖和翻耕等操作，容易产生大量的尘埃和颗粒物。

使用
抑尘剂可以减少农作物生长中的不利影响，提高农作物产量。

总的来说，抑尘剂在减少空气污染、保护环境和工人健康方面发挥着重要作用。

随着环保意识的不断提高，抑尘剂的应用将会越来越普遍，未来有望进一步完善和发展。

同时，还需要加强对抑尘剂的监管和研究，确保其安全性和有效性。

抑尘剂的使用范文尊敬的领导：您好！我是黄子雪环境科学研究院的一名研究员，负责研究和推广环保新技术。

根据最近调查研究，我发现现在我们国家的许多工业企业在生产过程中产生了大量的粉尘污染，在日常生产中无法避免。

这不仅影响了工作环境和员工的健康，还对周围的环境和居民的生活造成了很大的威胁。

为了减少粉尘污染对环境和人体的危害，我向您推荐了一种高效的抑尘剂，希望能引起领导的重视，并且为企业引进和使用这种抑尘剂提供支持。

抑尘剂是一种能够有效降低粉尘排放的化学制剂。

它可以在各种工业生产中使用，包括煤矿、钢铁、建筑材料、化工等。

抑尘剂通过与粉尘颗粒结合形成一层覆盖物，从而防止粉尘颗粒的扬尘，减少对空气、土壤和水源的污染。

同时，抑尘剂可以提高粉尘颗粒的粘稠度，使其更容易固定在地面上，减少扬尘对工人和周围居民的健康影响。

这种抑尘剂具有很多优点。

首先，它具有很高的粘附性和稳定性，能够长时间地保持在表面上，不会随着水或风的作用而流失。

其次，它在使用过程中对人体无害，不会对工人和周围居民的健康造成任何危害。

此外，这种抑尘剂不会改变工作环境的温度和湿度，也不会影响生产效率。

综上所述，这种抑尘剂是一种非常可靠和有效的抑制粉尘污染的工具。

为了更好地推广和使用这种抑尘剂，我建议以下措施：首先，政府应该加大对抑尘剂的研发和推广力度。

通过加大科技投入，促进技术创新，不断提高抑尘剂的性能和使用效果。

同时，政府可以出台相关政策，对使用抑尘剂的企业给予一定的奖励和扶持，鼓励企业积极采取措施减少粉尘污染。

其次，企业应该增加对员工的培训和教育，提高员工的环保意识和操作技能。

只有员工认识到粉尘污染的危害，并且知道如何正确使用抑尘剂，才能更好地保护环境和自身的健康。

最后，媒体和社会公众应该加大对抑尘剂的宣传和推广力度。

通过宣传报道和教育活动，提高公众对抑尘剂的认识和了解，鼓励公众支持和参与环保行动。

相信通过政府、企业和公众的共同努力，我们一定能够更好地减少粉尘污染，保护环境和人民的健康。

煤尘化学抑尘技术及应用摘要：该文简要介绍了近年来煤尘化学抑尘技术与应用，内容包括：煤尘润湿抑尘技术；煤尘粘结抑尘技术；煤尘凝聚抑尘技术；复合煤尘化学抑尘技术。

关键词：煤尘防治化学抑尘剂煤尘污染由于石油、天然气资源的逐渐减少，煤炭在能源中的地位大幅上升；在我国,煤炭也一直占有能源消耗的主要地位,因此,煤炭是支撑我国国民经济可持续发展的极其重要资源。

煤在开采、运输和堆存过程中产生的煤尘，一方面导致煤炭大量损失，另一方面也导致空气中可吸入颗粒物的浓度的大幅提高，造成雾霾天气以及可能产生温室气体而引起温室效应。

如果煤尘被吸入呼吸系统，可引起呼吸系统的疾病[1]。

在防治煤尘污染方面，国内外很多学者已进行了大量的研究工作,取得了较多成果。

从煤炭的开采、运输、堆存到煤炭的加工利用等许多环节，在这些过程中都不同程度的产生煤尘。

固定场所的煤尘可采用除尘技术就可以防治，而流动场所的煤尘则只能采取煤尘抑尘技术来控制。

上述产生的大多数煤尘都属于可吸入颗粒物，采用传统的抑尘技术(如水润湿抑尘) ，可能难以进行有效的防治。

因此，在煤尘治理过程中,发展新的煤尘抑尘技术，定将发挥极其重要的作用。

1 煤尘化学抑尘技术的应用许多研究者已开发出多种类型的化学抑尘剂[2]。

化学抑尘剂的抑尘作用机理一般分如下几种[3]：1润湿作用机理；利用水或含表面活性剂水溶液对煤尘的进行润湿，以达到降尘、抑尘的目的；这也是传统的抑尘技术。

2粘结作用机理；利用天然或人工合成化学品的粘结力将煤尘粘结起来，同时增加煤尘间的粘结强度使煤尘粘结成团或在煤堆表面形成一粘结的壳层，以达到防治煤尘的目的；3凝聚成膜机理；利用天然或人工合成的功能高分子材料的凝聚成膜特性，将其喷洒在煤堆表层，使其形成连续的薄膜，覆盖在煤堆表面，以达到抑尘目的。

按照上述煤尘抑尘机理相应把煤尘化学抑尘剂分为：煤尘湿润剂、煤尘粘结剂和煤尘凝聚剂三大类，它们也各具特点：煤尘湿润剂主要成分由水和一种或几种表面活性剂共同组成，它可降低水的表面张力，大大提高水对煤尘的湿润效果。

煤炭抑尘剂主要成分煤炭抑尘剂主要成分煤炭抑尘剂是一种用于减少煤炭粉尘的化学物质。

它可以减少煤炭运输和处理过程中产生的粉尘，从而降低环境污染和健康风险。

煤炭抑尘剂的主要成分包括以下几种：1.聚合物聚合物是一种高分子化合物，可以在煤炭表面形成一层保护膜，从而减少粉尘的产生。

聚合物可以通过化学反应或物理吸附的方式与煤炭表面结合，形成一层稳定的保护膜。

聚合物的种类很多，常见的有聚乙烯醇、聚丙烯酰胺等。

2.表面活性剂表面活性剂是一种具有分散、润湿和乳化作用的化学物质。

它可以在煤炭表面形成一层薄膜，从而减少粉尘的产生。

表面活性剂的种类很多，常见的有十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠等。

3.硅酸盐硅酸盐是一种无机化合物，可以在煤炭表面形成一层硅酸盐薄膜，从而减少粉尘的产生。

硅酸盐的种类很多，常见的有硅酸钠、硅酸钙等。

4.氯化钙氯化钙是一种无机化合物，可以吸收空气中的水分，从而减少煤炭表面的粉尘。

氯化钙可以通过喷洒或淋浴的方式施加在煤炭表面。

5.纳米材料纳米材料是一种尺寸在1-100纳米之间的材料，具有特殊的物理和化学性质。

纳米材料可以在煤炭表面形成一层纳米薄膜，从而减少粉尘的产生。

常见的纳米材料有氧化铝、氧化硅等。

总之，煤炭抑尘剂的主要成分包括聚合物、表面活性剂、硅酸盐、氯化钙和纳米材料等。

这些成分可以在煤炭表面形成一层保护膜或薄膜，从而减少粉尘的产生，降低环境污染和健康风险。

在使用煤炭抑尘剂时，应根据具体情况选择合适的成分和使用方法，以达到最佳的抑尘效果。

科技情报开发与经济ＳＣＩ－ＴＥＣＩ－ＩＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ＆ＥＣＯＮＯＭＹ２００９年第１９卷第３３期文章编号：１００５—６０３３（２００９）３３－０１１２—０３收稿日：２００９一１０—１６爆矽并下爆尘％理丝术研宓（苎展尚建国，杨凤玲，程芳琴（山两大学环境科学与Ｔ．程研究中心．山两太原，０３０００６）摘要：分析了煤炭开采过程中常用的煤尘治理措施，介绍了煤层注水、喷雾降尘、除尘器除尘、泡沫除尘等常用除尘技术。

提出煤矿煤尘治理要根据各个产尘源的特点，在不同的工作面采取不同的治理措施。

关键词：煤矿粉尘；治理措施；煤层注水；喷雾降尘；除尘器除尘；泡沫除尘中图分类号：ＴＤ７１４文献标识码：Ａ煤矿粉尘是煤矿五大灾害之一，它不仅严重影响煤矿的生产安全．而且严重威胁矿Ｔ的身体健康。

当空气巾煤尘浓度超过一定限度，就有发生爆炸的危险。

矿丁长期在高浓度煤尘环境中生产工作．易患尘肺病．煤炭行业尘肺病患者总数在２００５年已达到２５万人左右。

一大批丁人冈此丧失劳动能力。

闪此，有效控制和降低粉尘浓度．杜绝煤尘事故，对促进矿井安全生产、保障矿工健康具有重大意义。

１国内外煤尘控制技术煤矿生产作业时，主要采取以下技术控制措施降低煤尘污染程度。

１．１煤层注水煤层注水是把高压水通过钻孔注入预同采的煤体中，预先湿润煤体。

以减少采煤时煤尘产生量的一种技术。

注水前应考察煤层的孔隙状况、煤的湿润性、坚同系数、煤体原岩应力和瓦斯含量等参数．以及煤矿赋存条件与开采技术来选掸打钻方式、钻孔布置、封孔方法、注水压力、降尘剂种类和注水时间等。

Ｉ．１．Ｉ注水除尘原理煤层注水技术是通过钻孔将高压水压人煤体，其除尘机理：一是湿润了原生煤尘。

高压水可以渗入煤体裂隙巾并向四周扩散．将原生煤尘预先润湿，抑制其飞扬。

二是水能有效地包裹住煤体。

在开采破碎时，煤体巾存在的水能够消除细小煤尘的飞扬。

ｉ是改变煤体的物理性质。

注水后．煤炭脆性减弱，黏结性、塑性增强，煤炭破碎时就不易产生煤尘。

煤炭抑尘剂配方介绍煤炭作为一种重要的能源资源，在采运过程中会产生大量的煤尘。

煤尘不仅对环境造成污染，还对人体健康产生影响。

因此，采取一定的措施来减少煤尘的产生是非常必要的。

煤炭抑尘剂作为一种有效的控制煤尘的手段，被广泛应用于煤炭行业。

本文将探讨煤炭抑尘剂的配方，以帮助人们选择合适的抑尘剂并正确使用。

抑尘剂的分类干式抑尘剂干式抑尘剂适用于干燥环境下使用，其主要成分是表面活性剂和防尘剂。

干式抑尘剂能够快速降低煤尘的飞扬程度，形成一层保护膜，抑制煤尘的释放。

其具有使用方便、成本低廉等优点。

湿式抑尘剂湿式抑尘剂主要是指水基抑尘剂，其主要成分是水和表面活性剂。

湿式抑尘剂通过喷洒水剂的方式阻止煤尘的扩散，从而有效降低煤尘的生成和飞散。

湿式抑尘剂具有抑尘效果好、可持续性强等优点，适用于湿润环境下的煤炭抑尘。

其他类型抑尘剂除了干式抑尘剂和湿式抑尘剂，还存在一些其他类型的抑尘剂。

例如，化学抑尘剂中的粘稠剂、草酸酯类抑尘剂和硫酸盐类抑尘剂等。

这些抑尘剂在特定的煤尘控制环境中发挥着重要的作用。

抑尘剂的配方原则在制定煤炭抑尘剂的配方时，需要遵循以下原则：1.抑尘剂的成本要低，以提高其在实际应用中的经济效益；2.抑尘剂的性能要稳定，能够长时间保持其抑尘效果；3.抑尘剂的毒性要低，对环境和人体健康无害；4.抑尘剂的使用方便，能够适应不同的实际抑尘条件。

煤炭抑尘剂配方的关键成分表面活性剂表面活性剂是煤炭抑尘剂中的重要组成部分，其具有分散、润湿和降低表面张力等作用。

常用的表面活性剂包括十二烷基苯磺酸钠、辛基酚聚氧乙烯醚等。

防尘剂防尘剂是煤炭抑尘剂中起到抑制煤尘飞散作用的成分，其能够吸附在煤尘表面，形成一层保护膜，抑制煤尘的生成和飞散。

常用的防尘剂有硅酸盐、无机盐等。

分散剂分散剂是将抑尘剂中的颗粒分散均匀的成分，其能够提高抑尘剂的分散性，使其更加均匀地吸附在煤尘表面。

常用的分散剂有聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、聚合物等。

稳定剂稳定剂是保持抑尘剂性能稳定的成分，其能够防止抑尘剂在储存和使用过程中发生质量变化。

抑尘剂的应用与研究进展抑尘剂是一种广泛应用于工矿企业、建筑工地和道路交通等领域的一种化学制剂，主要用于抑制扬尘、减少空气中的颗粒物浓度，以改善环境空气质量。

本文将从其应用领域、研究进展和前景等方面进行论述。

首先，抑尘剂的应用领域广泛。

工矿企业是抑尘剂应用的重点领域之一、在煤、矿石等原料开采和加工过程中，会产生大量的粉尘。

通过喷洒抑尘剂，可以有效地降低粉尘扬尘，保护工人的健康，维护周边环境的洁净。

此外，建筑工地和道路交通也是抑尘剂应用的重要领域。

在建筑施工过程中，会产生大量的粉尘和颗粒物，给周边居民带来噪音和环境污染。

通过喷洒抑尘剂，可以有效地降低扬尘，改善周边环境质量。

另外，抑尘剂还可以应用于港口、码头、尘埃暴露的环境等方面。

其次，抑尘剂的研究进展主要体现在以下几个方面。

一是新型抑尘剂的研发，包括水基抑尘剂、乳化抑尘剂、抗冻抑尘剂等。

这些新型抑尘剂具有更好的抑尘效果和环境友好性。

二是抑尘剂的控释技术研究。

通过控制抑尘剂的喷洒量和喷洒方式，提高抑尘效果，降低对环境的影响。

三是抑尘剂的添加剂研究。

添加剂可以改善抑尘剂的性能，提高其抑尘效果和稳定性。

同时，研究还表明，抑尘剂的喷洒配方、剂型等也对抑尘效果有重要影响，因此也成为研究的热点。

最后，抑尘剂在减少大气颗粒物和改善空气质量方面具有重要作用。

大气颗粒物不仅对人体健康造成威胁，还对气候变化、能源利用等方面产生影响。

抑尘剂的应用可以有效地减少粉尘扬尘，降低颗粒物浓度，改善空气质量。

此外，抑尘剂的应用还可减少能源浪费和资源消耗，提高环境保护意识。

综上所述，抑尘剂作为一种重要的环境保护化学制剂，其应用领域广泛，研究进展也不断取得新的突破。

未来，随着环保意识的提高和抑尘剂技术的不断创新，相信抑尘剂在环境保护领域的应用前景将会更加广阔。

抑尘剂的应用与研究进展抑尘剂是一种用于减少空气中悬浮颗粒物的化学品。

它可以通过降低颗粒物的扬尘性，改善空气质量，并减少对人体健康和环境的危害。

目前，抑尘剂的应用和研究已经取得了一些进展，但仍然存在许多挑战和改进的空间。

首先，抑尘剂的应用在各个行业中广泛存在。

例如，在采矿、建筑和道路施工等行业中，使用抑尘剂可以有效降低粉尘扩散和传播，减少对周边环境和居民的影响。

此外，在工业生产过程中，抑尘剂也能够降低粉尘对机器设备的侵蚀，延长其使用寿命。

其次，抑尘剂的研究也取得了一些进展。

一方面，科研人员对抑尘剂的成分和作用机制进行了深入研究。

他们发现，抑尘剂的主要成分通常是有机胶体或矿物颗粒，可以通过附着在颗粒物表面形成一层保护膜，抑制其扬尘行为。

此外，还有研究探讨了抑尘剂在不同环境条件下的应用效果，如温度、湿度等因素对抑尘剂的性能影响等。

另一方面，科研人员也致力于开发新型的抑尘剂。

例如，通过改进抑尘剂的成分和制备工艺，使其具有更好的抑尘效果和环境友好性。

然而，抑尘剂的应用和研究仍然面临一些挑战。

首先，不同行业对抑尘剂的需求存在差异，因此需要根据具体情况选择合适的抑尘剂。

其次，当前抑尘剂的防尘效果和稳定性仍有待提高。

在复杂的环境条件下，抑尘剂可能会受到温度、湿度、颗粒物浓度等因素的影响，导致其抑尘效果降低。

此外，抑尘剂的副产物和残留物对环境和健康的潜在影响也需要进一步研究。

为了进一步推动抑尘剂的应用和研究，有必要采取一系列的措施。

首先，各个行业应该更加重视抑尘剂的使用，并选择合适的抑尘剂进行应用。

同时，科研人员应该加强合作，共享经验和技术，推动抑尘剂的研究和创新。

其次，在抑尘剂的研究中，应注重对抑尘剂的性能、安全性和环境影响进行全面评估，避免潜在的风险和问题。

最后，政府和相关部门应制定更加严格的环保法规和标准，推动抑尘剂的应用和研究向环境友好和可持续发展的方向发展。

总之，抑尘剂的应用和研究在改善空气质量和保护环境方面具有重要意义。

煤尘抑尘剂的研究
本文主要针对当前煤炭行业中存在的煤尘污染环境及运输过程中的煤炭损失等现象,研究制备了一种抑制煤尘的化学抑尘剂,以控制煤炭在生产、加工、储存和运输过程中产生的环境污染等问题。

论文在实验过程中,选择以淀粉、硅酸钠、丙三醇为主要原料,通过正交试验寻找到了较优配方及制备工艺条件:配方中淀粉加入量为5g/100mlH₂O ;硅酸钠加入量为
9g/100mlH₂O;丙三醇加入量为1.5g/100mlH₂O。

制备工艺条件为:在3000r/min的转速下,恒温搅拌30～40分钟。

在煤尘抑尘剂制备工艺条件和较优配方确定的基础上,实验测定了抑尘剂的表面张力、粘度、抗蒸发率、保水性、吸湿率、抗风性能、抗雨淋性能、强度等主要性能。

实验结果表明:制备得到的抑尘剂在常温下的粘度值为0.007Pa·s;表面张力为47.3mN/m;在40℃的条件下具有较好的抗蒸发性;经自然固化后的抑尘剂其吸湿率和含水率分别为7.83%和21.5%,说明在使用过程中该抑尘剂具有较好的吸湿性和保水性,从而能够获得较好的抑尘效果;该抑尘剂的强度值可达到
5.46MPa,表明具有较高的抗压性能,能够满足使用过程抵抗外力的基本要求;在严寒和高温气候条件下该抑尘剂仍表现出较好的性能,而且能够抵御大约5级风力的侵蚀。

通过在煤场进行的现场实验,进一步表明该抑尘剂的抑尘效果良好,具有实际应用价值。

此外还对沙土进行了相关的抑尘实验,结果表明该抑尘剂对沙土也具有良好的抑尘效果。

㊀第46卷第3期煤㊀㊀炭㊀㊀学㊀㊀报Vol.46㊀No.3㊀㊀2021年3月JOURNAL OF CHINA COAL SOCIETYMar.㊀2021㊀煤尘微细观润湿特性及抑尘剂研发初探以平顶山矿区为例张建国1,李红梅2,3,刘依婷2,李喜员1,谢㊀晶2,代志旭1,叶思琪2,李露明3,周伟奇4,赵㊀赟4,郝海春5(1.炼焦煤资源开发及综合利用国家重点实验室,河南平顶山㊀467002;2.四川大学水利水电学院,四川成都㊀610065;3.成都大学食品与生物工程学院,四川成都㊀610106;4.成都大学机械工程学院,四川成都㊀610106;5.深圳大学深地科学与绿色能源研究院,广东深圳㊀518060)摘㊀要:煤矿开采逐渐向深部延伸,深部开采条件下煤尘灾害频发,防控难度高,除尘机理与技术仍然是深部开采科学高效除尘基础研究的难点与重点之一㊂以平顶山矿区丁㊁戊㊁己㊁庚4组煤层采集的原煤为研究对象,联合多种煤尘物理化学性质测试(工业分析,XRD ,BET ,SEM ,FT -IR )㊁分子动力学模拟等手段,系统采用基础物性特征分析㊁润湿特性多因素影响探讨㊁分子层面润湿机理探索㊁抑尘剂改性讨论的研究思路,开展了基于煤尘微细观结构特征的除尘机理探索及新型抑尘剂研发初探㊂研究表明:平顶山矿区丁戊己庚4组煤层典型煤尘的润湿性大小顺序为戊>丁>庚>己,煤中有机质质量分数㊁水分质量分数㊁灰分质量分数㊁无机矿物成分质量分数㊁比表面积㊁含氧官能团等指标的显著差异将对煤尘润湿性能产生显著影响,比表面积㊁石英质量分数㊁羟基和醚键数量越多,润湿性越好,固定碳质量分数越高,润湿性越差㊂联合煤的红外光谱分析和分子动力学模拟,根据平顶山矿区煤尘亲水官能团特征,研究了水分子在不同数量羟基和醚键修饰的煤表面吸附过程,进一步揭示了煤尘润湿性能的强关联因素,表面羟基数量正相关于吸附水分子能力,而煤尘醚键数量对于吸附水分子能力存在极大值㊂基于煤尘微细观特征对其润湿性的影响机制,考察了3种非离子表面活性剂对4组煤尘的润湿除尘特性,基于表面活性剂分子结构对煤尘润湿的作用机理,针对平煤矿区煤尘提出了引入芳香环结构实现新型抑尘剂改性的解决思路㊂关键词:除尘技术;润湿性;表面活性剂;接触角;抑尘剂;平顶山矿区;微细观中图分类号:TD714㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:0253-9993(2021)03-0812-14移动阅读收稿日期:2021-01-18㊀㊀修回日期:2021-03-11㊀㊀责任编辑:常明然㊀㊀DOI :10.13225/ki.jccs.YT21.0140㊀㊀基金项目:国家自然科学基金资助项目(52004167);四川省国际科技创新合作项目/港澳台科技创新合作资助项目(2018HH0159);广东省引进创新创业团队资助项目(2019ZT08G315)㊀㊀作者简介:张建国(1965 ),男,河南滑县人,教授级高级工程师,博士㊂E -mail:zhangjg_z@126．com ㊀㊀通讯作者:李红梅(1980 ),女,山西临县人,副教授,博士㊂E -mail:lihongmeihappy@126．com㊀㊀引用格式:张建国,李红梅,刘依婷,等.煤尘微细观润湿特性及抑尘剂研发初探 以平顶山矿区为例[J].煤炭学报,2021,46(3):812-825.ZHANG Jianguo,LI Hongmei,LIU Yiting,et al.Micro-wetting characteristics of coal dust and preliminary study onthe development of dust suppressant in Pingdingshan mining area[J].Journal of China Coal Society,2021,46(3):812-825.Micro-wetting characteristics of coal dust and preliminary study on thedevelopment of dust suppressant in Pingdingshan mining areaZHANG Jianguo 1,LI Hongmei 2,3,LIU Yiting 2,LI Xiyuan 1,XIE Jing 2,DAI Zhixu 1,YE Siqi 2,LI Luming 3,ZHOU Weiqi 4,ZHAO Yun 4,HAO Haichun 5(1.State Key Laboratory of Coking Coal Exploitation and Comprehensive Utilization ,Pingdingshan ㊀467002,China ;2.College of Water Resource and Hydro-power ,Sichuan University ,Chengdu ㊀610065,China ;3.College of Food and Bioengineering ,Chengdu University ,Chengdu ㊀610106,China ;4.School of Me-chanical Engineering ,Chengdu University ,Chengdu ㊀610106,China ;5.Institute of Deep Earth Sciences and Green Energy ,Shenzhen University ,Shenzhen ㊀518060,China )第3期张建国等:煤尘微细观润湿特性及抑尘剂研发初探 以平顶山矿区为例Abstract:Coal mining is gradually extending to the deep,coal dust disasters occur frequently under the condition of deep mining,and the dust prevention and control is difficult.Coal dust removal mechanism and technology is still one of the difficulties and emphases in the basic research of scientific and efficient coal dust removal technology in deep mining.The mechanism of coal dust removal based on the microstructure characteristics of coal dust as well as the de-velopment of new coal dust suppressant was explored,utilizing the raw coal collected from the coal seam Ding,Wu,Ji and Geng of Pingdingshan Mining Area.Basic physical properties analysis(industrial analysis,XRD,BET,SEM and FT-IR),multi factor influence on wetting characteristics,wetting mechanism exploration at the molecular level and coal dust wetting agent modification discussion were conducted systemically by means of various physicochemical prop-erties testing and molecular dynamics simulation.The results show that the wettability of the four typical coal samples increases in the order of the coal seam Ji,Geng,Ding and Wu.The significant differences of organic matter content, moisture content,ash content,inorganic mineral content,specific surface area and oxygen-containing functional groups in coal dust show some significant impact on the wettability of coal dust.The results show that the greater the specific surface area,quartz content,hydroxyl and ether bond content are,the better the wettability,and the higher the fixed carbon content,and the worse the ing the results of infrared spectroscopy and molecular dynamics simu-lation of coal,and considering the characteristics of hydrophilic functional groups of coal dust in Pingdingshan mining area,the adsorption process of water molecules on coal surface modified by different numbers of hydroxyl and ether bonds was studied,and the strong correlation factors of wettability of coal dust were further revealed.The number of surface hydroxyl is positively related to the ability of adsorbing water molecules,while the number of ether bonds in coal dust has a maximum value for the ability of adsorbing water molecules.Based on the influence mechanism of mi-cro characteristics of coal dust on its wettability,the wetting and dust removal characteristics of three kinds of non-ionic surfactants on four groups of coal dust were investigated.According to the wetting mechanism of surfactant molecular structure on coal dust,the solution of introducing aromatic ring structure to realize the modification of new dust sup-pressor was proposed for the coal dust in Pingdingshan Mining Area.Key words:dust removal technology;wettability;surfactant;contact angle;dust suppressant;Pingdingshan mining area;microstructure㊀㊀当前我国能源消费结构中,煤炭资源仍然是我国消费占比最大的一次能源,长时间内仍将占据主导地位[1-2]㊂随着地球浅部资源的消耗殆尽,资源开采活动逐渐向深部延伸[3],深部开采已经成为21世纪的主旋律,以平顶山矿区为例,以平煤十二矿为代表的矿井已经正式进入超千米开采[4]㊂煤矿在深部开采条件下,通常通风难度加大,高产㊁高效机械化的井下作业常导致综掘面粉尘质量浓度高[5]㊁工作面能见度低㊁粉尘爆炸危险性大,导致深部资源的开发时效性差,灾害频发[6],尤其是矿工长期吸入大量呼吸性粉尘将会引起尘肺病[7]㊂在深部开采作业中,粉尘质量浓度过高常常还会伴随着灾害事故[8],给矿工带来极大的生命安全威胁㊂除尘机理与技术研究仍然是深部开采科学高效除尘基础研究的难点与重点㊂在除尘规划与政策方面,湿法除尘早已引起国家和行业的重视㊂2019年7月,国家卫生健康委网站发布由国家卫生健康委㊁国家发展改革委等10部委联合制订的‘尘肺病防治攻坚行动方案“[9]㊁‘ 健康中国2030 规划“㊁‘关于实施健康中国行动的意见“[10]等系列政策法规,标志着国家保卫劳动人民健康的决心㊂袁亮[11]从煤矿粉尘研究现状㊁政策标准等方面总结了煤矿粉尘防控与职业安全健康面临挑战,并建议政府主管部门和煤炭行业高度重视职业安全健康科技创新,力争2035年煤矿粉尘职业危害防控与安全健康领域取得突破㊂程卫民等[12]总结了20a来粉尘防治理论及技术取得的成果,提出了未来矿井粉尘防治主攻方向:智能化防尘㊁煤层注水减尘㊁通风除尘㊁抑尘材料研发㊂李德文等[13]分析了我国的防尘现状,提出我国应加强主动防尘,通过添加湿润剂提高注水煤层的湿润性来提高煤层的注水效果㊂金龙哲[14]通过对30余个重点行业和地区粉尘危害现状调研分析,展现了我国粉尘职业危害专项治理和防尘技术方面在 十三五 期间取得的成效,指出了防尘支撑体系不健全㊁职责不明确㊁防治科研投入少㊁工程防护不到位等问题,并强调 十四五 期间要重点围绕高效综合防尘技术(减尘㊁降尘㊁除尘等)开展研发㊂可见,目前我国对除尘政策㊁规划和现状有了一定程度的认识㊂318煤㊀㊀炭㊀㊀学㊀㊀报2021年第46卷然而,目前煤矿现场粉尘防治措施常用湿式作业(喷雾洒水)㊁通风除尘等,但这些技术从经济成本和除尘效率都达不到理想的效果[15]㊂为了更有效地进行井下煤尘防控,采用煤层注水㊁采煤机尘源智能跟踪喷雾降尘等多种湿式除尘法相结合的防尘技术,从试验效果看,对煤尘防控有一定效果[16],但由于大多数煤尘亲水性差而难以润湿,降尘效率不高,需要添加表面活性剂提高煤的润湿性来提高降尘效率㊂因此,必须从除尘机理层面出发,关注粉尘基础物性特征影响机制㊁润湿性能评估与改善,从而实现科学高效的综合除尘㊂在除尘机理研究方面,张薇等[17]考察了煤的矿物质组成对润湿性的影响规律;高童桐[18]证明可溶有机质通过改变煤尘微观表面结构特征提高了煤尘微观表面的润湿特性;程卫民等[19]认为无机矿物中以石英为代表的原生矿物是提高煤尘亲水能力的最主要因素;文金浩等[20]从定性与定量角度分析了煤样灰分中无机矿物特征,建立了煤尘润湿性与无机矿物间的关系;张锐[21]分析了煤的微观孔隙特征对煤润湿性的影响;ZHOU等[22]利用粒径分布的分形维数评价煤尘的润湿性和表面特性;LI等[23]研究了煤微观结构的复杂程度对煤润湿性影响㊂可见,当前除尘机理研究主要关注矿物成分等单因素对煤尘润湿性能的影响,系统性考量煤尘物性多因素对其润湿性能影响机制的研究相对较少㊂此外,针对当前深部开采的湿法除尘,从多因素分析㊁润湿性能表征㊁分子层面的润湿机理㊁抑尘剂研发等层面仍缺乏系统性的研究㊂以平煤矿区丁㊁戊㊁己㊁庚4组煤样为研究对象,采用 煤尘微细观结构分析 润湿影响机制探讨 分子影响机理探索 抑尘剂改性思路提出的研究思路,系统开展基于煤尘微细观结构特征的除尘机理研究及新型煤尘抑尘剂研发初探,从而为我国深部开采科学高效防尘控尘提供技术指导与研究思路借鉴㊂1㊀试验区煤尘润湿性影响因素为系统研究影响煤样润湿性的主要因素,对试验区煤尘进行了微细观结构分析,重点关注煤样的工业分析㊁无机矿物组成㊁表面特征以及主要官能团对煤样润湿性的影响及其影响机理㊂试验煤样取自河南省平顶山矿区丁㊁戊㊁己㊁庚4组煤层,分别采样于工作面5-22190,8-31220,15-31020,20-71160㊂1．1㊀煤尘接触角测试接触角(θ)是指液滴接触固体表面,在气㊁液㊁固三相交界处,气-液界面和固-液界面之间的夹角㊂当θ<90ʎ时为可润湿;θ﹥90ʎ时为不可润湿,θ越小润湿性越好㊂采用成都大学JC2000D1(上海中晨)接触角测量仪测定丁㊁戊㊁己㊁庚4组煤样与纯水之间的接触角,见表1㊂表1㊀各组煤样接触角测试结果Table1㊀Contact angle test results of each coal sample(ʎ)煤样类型丁戊己庚接触角83．566．493．388．2㊀㊀分析以上数据可知,4组煤样中戊组接触角最小(66．4ʎ),润湿性能最好,丁组与庚组煤样接触角较大,分别为83．5ʎ,88．2ʎ,表明丁组煤样润湿性强于庚组煤样,己组接触角最大,为93．3ʎ,润湿性能最差㊂4组煤样在纯水中的润湿性大小顺序为戊>丁>庚>己㊂1．2㊀煤尘工业分析及对润湿性的影响工业分析是确定煤组成成分的最基本方法㊂利用平煤国家重点实验室XKGF-8000自动工业分析仪,按照国家标准(GB13212 77,GB476 79),丁㊁戊㊁己㊁庚4种不同煤层煤样工业分析结果见表2㊂表2中,M ad为煤样中的水分含量,挥发分(V daf)和固定碳(FC ad)含量反映了各组煤样中有机质的组成特点,其中,挥发分主要由孔隙中的挥发性物质和煤尘表面的极性或非极性官能团热解产物构成,固定碳则为煤中除去水分㊁灰分㊁挥发分后剩下来的残渣,其产率随煤化程度增高而增加,灰分(A ad)是煤中矿物质的近似含量㊂表2㊀各组煤样工业分析测试结果Table2㊀Industrial analysis and test resultsof eachcoal sample%煤样V daf FC ad M ad A ad丁35．5943．51．0732．68戊36．2334．331．3546．53己24．4768．451．819．54庚28．1860．20．6616．19㊀㊀表2中4组煤样中挥发分㊁固定碳㊁水分以及灰分差异较大,固定碳含量己>庚>丁>戊,挥发分含量㊁灰分含量戊>丁>庚>己,结合接触角数据发现,煤润湿性能与挥发分含量㊁灰分含量呈正相关,与固定碳含量呈负相关㊂究其原因,煤在煤化作用过程中,煤418第3期张建国等:煤尘微细观润湿特性及抑尘剂研发初探 以平顶山矿区为例分子中具有稳定性能的缩合芳香环数增大㊁活动性较强的侧链和桥链减少,使得煤中游离纤维素消失,煤中挥发分产率降低,固定碳含量增大,从而导致煤的润湿性变差[24]㊂煤尘的润湿性与灰分中的矿物质含量呈正相关,矿物质的润湿性大于煤分子[25],矿物质含量越高,煤润湿性越好㊂煤尘润湿性与水分含量也有一定的正相关,但与其固定碳㊁灰分等相比,相关性较弱㊂1．3㊀煤尘无机矿物分析及对润湿性的影响煤尘中无机矿物质种类与含量也影响煤的润湿性能,无机矿物质的含量在一定程度上可以定量评价预测煤的润湿性能[26]㊂采用四川大学分测中心EM-PYREAN型号的X射线衍射仪(XRD),Cu靶辐射,最大管压为60kV,最大管流为60mA,扫描范围5ʎ~70ʎ㊂图1为4组煤样的XRD对比图谱,根据XRD试验得到的各组煤样衍射图谱,对煤样的无机矿物进行物相分析,并利用谢乐公式[27](式(1))计算样品的晶粒尺寸(表3)㊂L=Kλβcosθ(1)式中,L为晶粒直径;K为谢乐常数;λ为X射线波长;β为实测样品衍射峰半高宽度;θ为衍射角㊂图1㊀XRD对比图谱Fig．1㊀X-ray diffraction comparison pattern表3㊀各组煤样主要无机矿物种类的相对含量及晶粒直径Table3㊀Relative content of the main inorganic minerals and grain diameter of each coal sample煤样质量分数/%高岭石石英石铵云母碳酸钙直径/nm石英石晶粒高岭石晶粒铵云母晶粒白云石晶粒丁5838 62．521．1 戊3856 67．717．6 37己276 5142．018．012．5 庚54527 40．023．6㊀㊀分析图1可知,丁㊁戊2组煤样中含有大量石英石(SiO2),己㊁庚2组煤样中石英石含量几乎为0,4组煤样均含有较高比例的高岭石(Al2(Si2O5) (OH)4)㊂此外,己组煤样中还有大量白云石(Ca-CO3),占比51%,庚组煤样含有铵云母(NH4Al2 (Si3Al)O10(OH)2),占比27%㊂煤样中无机矿物石英石和铵云母具有较好的亲水性,但是高岭石和碳酸钙的亲水性均较弱[26]㊂结合无机矿物质含量和接触角数据发现,SiO2含量越多,接触角越小,润湿性能越好㊂丁㊁戊2组煤样中SiO2含量较多,接触角较小,润湿性能好,且戊组煤样中SiO2含量最大,接触角最小㊂己㊁庚2组煤样中SiO2含量几乎为0,润湿性能较差㊂但庚组煤样中含有铵云母,比己组煤样中的碳酸钙亲水性能强,因此庚组煤样的润湿性能略优于己组㊂此结论与接触角试验所得的润湿性规律高度吻合㊂表3为各组煤样主要无机矿物种类的相对含量及晶粒尺寸㊂从表3还可以看出,润湿性能较好的丁㊁戊2组煤样中,石英石晶粒直径较大,分别为67．7nm和62．5nm㊂庚组煤样中高岭石含量远远大于戊组,但润湿性能较差,说明晶粒度较小的高岭石对煤尘润湿性能的影响很弱㊂己组煤样中的白云石和庚组煤样中的铵云母晶粒度也都较小㊂晶粒度的大小是否也是影响润湿性的因素之一还有待深入研究㊂1．4㊀煤尘表面特征分析及对润湿性的影响天然孔隙率是煤尘主要物性特征之一,直接决定了煤尘的吸附容积㊁储存性能㊁自身渗透性的强弱,与其润湿特性密切相关㊂将原煤破碎经过200目的标准筛,再放入干燥箱里真空干燥2h,冷却至室温,称量1g样品㊂采用低温氮吸附实验(BET)对丁㊁戊㊁己㊁庚4组煤样进行测定㊂所用测试仪器为ASAP2460全自动比表面积与孔隙度分析仪(美国麦克公司),373K下加热6h,在液氮条件,高纯氮气(N2)为吸附气体,77K饱和温度下,相对压力在0．008~0．952,对样品进行吸附 脱附等温线测试㊂丁㊁戊㊁己㊁庚组煤尘比表面积分别为3．5,6．3,0．2,0．2m2/g㊂其中,戊组比表面积最518煤㊀㊀炭㊀㊀学㊀㊀报2021年第46卷大(6．3m 2/g),丁组次之(3．5m 2/g),己㊁庚组的比表面积极小,4组煤样的比表面积大小顺序为:戊>丁>庚=己㊂结合XRD 测试发现,煤样中石英石(SiO 2)含量越多,比表面积越大,说明晶粒度较大的无机矿物质SiO 2晶体可能是煤质孔隙增多的主要原因㊂己㊁庚2组煤样中几乎没有SiO 2,比表面积仅为0．2m 2/g,表明大量的碳酸钙㊁铵云母㊁高岭石矿物质在己㊁庚2组煤的形成过程中几乎没有造孔作用㊂结合接触角数据发现,比表面积越大,接触角越小,润湿性越好,比表面积与润湿性能呈正相关㊂因为比表面积越大,水在煤体孔隙㊁裂隙内的毛细运动和分子扩散越快,润湿性能越好㊂扫描电镜测试采用平煤国家重点实验室的飞纳台式扫描电镜Phenom Pure 测试表面形貌,选取10000倍扫描观察记录㊂分辨率优于25nm,CeB 6灯丝,抽真空时间小于15s,背散射电子探测器㊂取丁㊁戊㊁己㊁庚4组煤样用导电胶固定于样品台,利用SBC -12型离子溅射仪溅射喷金处理,放入样品杯后进行测试㊂4组煤层煤样放大10000倍的表面形貌如图2所示㊂图2㊀10000倍下各组煤样表面形貌Fig．2㊀Surface morphology of each coal sample in 10000times由图2可知,煤基质存在很多微裂隙结构,且煤基质表面有典型的贝壳状断口,在灰黑色的煤基质上分布着呈现亮色的无机矿物颗粒㊂丁㊁戊2组煤样的煤基质较为粗糙疏松,表面孔隙发育,己㊁庚2组煤样的煤基质较为平滑致密,孔隙发育程度远远低于丁㊁戊2组煤样,说明比表面积越小,煤基质越平滑致密,这与文献[28]报道相一致㊂综上分析,无机矿物质SiO 2对煤孔隙结构㊁表面形貌起关键作用,晶粒度较大的SiO 2含量越多,比表面积越大,煤表面越粗糙疏松,润湿性能越好㊂晶粒度较小的碳酸钙㊁铵云母㊁高岭石矿物质,对煤尘表面特征未发现有明显影响㊂1．5㊀煤尘主要官能团分析及对润湿性的影响煤具有非常复杂的分子结构,煤分子以芳香聚合结构为主体,含氧官能团㊁脂肪烃㊁芳香烃㊁含氮官能团㊁含硫官能团等构成其侧支链,煤体表面官能团种类和数量对煤体物理化学性质影响显著[29-31],从而也会间接影响煤尘的润湿特性㊂通过FT -IR 表征实验可以测定煤尘表面官能团种类及含量,采用四川大学分测中心Nicolet 6700傅里叶红外光谱仪进行测试分析㊂将4种煤尘和KBr 分别在100ħ的真空干燥10h,煤尘与KBr 以1ʒ200的比例混合,在玛瑙研钵中均匀研磨,烘干2h 后制成薄片㊂扫描范围为4000~400cm -1,分辨率为0．09cm -1㊂因煤中多种官能团吸收峰会出现多峰叠合的情况,需要对红外光谱进行分峰解叠拟合㊂对红外光谱进行基线修正后,选用Gaussian 峰形函数进行分峰拟合,得到各官能团吸收峰的峰位㊁峰高及峰面积㊂本文仅考虑煤分子表面的羟基㊁醚键及芳香烃3种典型官能团,选取红外光谱中的3700~3100cm -1波段和1800~1000cm -1波段进行定量分析,3700~3100cm -1波段的官能团主要为羟基,1800~1000cm -1波段则为煤中芳香烃及大部分主要含氧官能团的伸缩振动区㊂丁㊁戊㊁己㊁庚4组煤样的分峰拟合结果如图3所示㊂图3中各组煤样特征峰位置基本一致,表明平顶山矿区4组煤样所含官能团种类相似度高㊂4组煤在波段大于3600cm -1时,均出现了3个较为明显的吸收峰,属于煤结构中游离羟基的伸缩振动㊂3400cm -1附近出现的吸收峰属于煤中缔合型羟基的伸缩振动,包括酚㊁醇㊁羧酸㊁过氧化物㊁水中羟基的伸缩振动㊂1600cm -1附近的显著吸收峰为芳香烃中 CC 的伸缩振动,该峰的峰面积反映了煤中芳香环的含量,1600~1700cm -1波段也是烯烃中 CC 的振动区,但含量相对较低㊂在1400~1000cm -1波段,由于C O 醚键的类似性,出现了较宽的叠合峰,在1150~1060cm -1波数内的吸收峰属于脂肪醚键,1270~1230cm -1波数内的吸收峰属于芳香醚键㊂表4为4组煤尘中羟基㊁芳香烃CC 键㊁烯烃CC 键㊁醚键对应吸收峰的峰面积计算结果㊂戊组的羟基波峰峰面积最大,较其他3组,戊组煤分子结618第3期张建国等:煤尘微细观润湿特性及抑尘剂研发初探以平顶山矿区为例图3㊀峰值拟合结果Fig．3㊀Fitting results of peak splitting构中有更多的羟基分布㊂羟基为极性亲水基团,煤分子主体为低极性的碳骨架,侧链中存在的羟基使水分子更易吸附从而提高其亲水性,在纯水接触角实验中戊组的接触角明显小于其他3组,且液滴铺展较快,表明更多的羟基分布增大了戊组的亲水性,使得煤分子更易被水润湿㊂芳香骨架构成了煤体的主体结构,因官能团极性弱,芳香烃表现为疏水性,根据吸收峰面积计算结果,4组煤样芳香烃含量较其他官能团相比更高,戊组中的芳香环数量明显高于其他3组,但却表现出很好的亲水性,表明煤尘润湿性是多种影响因素共同作用的结果㊂脂肪醚键与芳香醚键吸收峰峰面积比可代表2种基团的比例,在4组煤样中,脂肪醚键特征峰面积均高于芳香醚键,这表明在平煤矿区4组煤分子中718煤㊀㊀炭㊀㊀学㊀㊀报2021年第46卷的主要C O醚键类型为脂肪醚键㊂含氧官能团与脂肪烃等碳骨架基团相比,具有更高的极性,因而是水分子的优先吸附点位㊂亲水性含氧官能团的存在可以提高表面润湿性,综合羟基和醚键2种含氧官能团来看,戊组中羟基和醚键的含量是最高的,润湿性最好,而己组煤尘表面含量最低,润湿性最差㊂表4㊀官能团吸收峰峰面积Table4㊀Absorption peak areas of functional groups煤样羟基芳香烃C C烯烃C C脂肪醚键丁0．75950．6750 0．7757戊1．10991．3242 1．2662己0．06460．44800．03460．1511庚0．27480．51190．04360．53982㊀基于分子动力学煤尘润湿机理探索前文基于工业分析㊁无机矿物成分含量㊁比表面积㊁含氧官能团等微细观结构测试,从定性角度系统探讨了煤尘润湿性能的多因素影响机制,还需进一步探索煤尘润湿机理㊂通过煤样FT-IR分析结果,发现4组煤样中含氧官能团的主要区别在于羟基与醚键数量,而煤表面含氧官能团复杂多样,羟基与醚键数量对煤尘润湿性微观机理的影响尚未明确㊂因此,基于分子动力学(MD,Molecular Dynamics)方法,采用美国Accelrys 公司开发的Materials Studio(MS)2019软件中的For-cite模块进行MD模拟,进一步探究了经不同数量羟基与醚键修饰后煤表面对水分子吸附过程的影响机理㊂2．1㊀MD模拟方法煤的大分子结构十分复杂,煤化学研究认为,煤是由结构相似的 基本结构单元 通过桥键连接而成[32]㊂将含氧官能团接枝到石墨烯片层结构上,该结构与煤㊁碳表面骨架结构具有相似性,常被用作煤表面结构模型[33-35]㊂为研究不同数量羟基与醚键对水分子吸附过程的影响,分别采用数量为0,2,12, 24,36的羟基和醚键对煤表面模型进行修饰,表面建模结构如图4所示㊂结构优化后的水分子㊁羟基㊁醚键结构如图5所示㊂采用AC(Amorphous Cell)模块构建包含1000个水分子的水分子层,通过Forcite模块中的Anneal 退火算法及NVT系综动力学模拟对其进行结构弛豫,再启动Forcite模块中的Geometry Optimization任务进行能量最小化㊂利用Build Layer建立水分子在煤表面上的吸附构型,为消除周期性结构对煤表面模型的影响,在系统上方添加约2nm真空层㊂图4㊀煤表面模型结构Fig．4㊀Structure of the coal surface图5㊀水分子及含氧官能团结构Fig．5㊀Molecular structure of water and functional groups818第3期张建国等:煤尘微细观润湿特性及抑尘剂研发初探 以平顶山矿区为例㊀㊀模拟过程均采用COMPASS 力场[36]㊂长程静电作用和范德华作用的求和计算分别采用Ewald 和At-om based 方法,截断半径为1．25nm㊂选择Nosé控温方式,将吸附构型能量最小化后得到初始模型,启动Forcite 模块中的Dynamic 任务,选择NVT 系综,时间步长设置为1．0fs㊂在MD 模拟过程中,保持煤表面固定,模拟总时长为1ns,其中前500ps 用于使体系达到平衡,后500ps 用于相互作用能㊁径向分布函数等动力学计算结果分析㊂2．2㊀相互作用能相互作用能可以用来评价煤与水分子之间的相互作用强度,分析能量组成可以判断水分子在煤表面上的吸附方式,从能量角度来看,相互作用能的绝对值越大,吸附作用越强,吸附后体系的稳定性越高㊂值得注意的是,本文所计算相互作用能仅代表水分子与煤表面的相互作用强弱,并不等同于热力学上的吸附能㊂水分子在煤表面上的相互作用能通过式(2)计算:E int =E total -E coal -E water(2)其中,E int 为水分子与煤表面之间的相互作用能,kJ /mol;E total 为系统达到平衡后的总能量,kJ /mol;E coal 为煤表面模型的能量,kJ /mol;E water 为水的能量,kJ /mol㊂除总相互作用能外,用相同方法计算了系统的范德华相互作用能(E vdw )和静电相互作用能(E elec ),并计算了E vdw 和E elec 的能量占比,结果见表5㊂表5㊀各体系中煤表面与水分子之间的相互作用能Table 5㊀Interaction energy between coal surface and water官能团数量E int /(kJ㊃mol -1)E vdw /(kJ㊃mol -1)E vdwE int /%E elec /(kJ㊃mol -1)E elecE int/%0-127．97-118．9592．952-156．60-118．2775．52-29．2718．69羟基12-261．83-80．9430．91-171．5865．5324-308．74-82．4226．70-216．7370．2036-391．30-39．059．98-342．4287．502-141．16-120．4185．30-11．598．21醚键12-156．49-104．5166．78-42．1326．9224-178．23-87．1748．91-80．3745．0936-155．93-75．8248．63-68．5843．98㊀㊀由表5可知,相互作用能均为负值,说明水分子在煤表面上的吸附过程是自发进行的㊂随着煤表面羟基数量增加,系统相互作用能由-127．97kJ /mol 逐渐降低到-391．30kJ /mol,说明羟基数量调控着煤表面的润湿性,且随着羟基数量的增加,煤表面润湿性能增强,表面羟基数量正相关于吸附水分子能力㊂随着醚键数量增加,相互作用能先由-127．97kJ /mol 降至-178．23kJ /mol,后增大到-155．93kJ /mol,且均大于相同数量羟基修饰的煤表面模型,说明羟基修饰煤表面对水分子的吸附作用更强,更有利于煤表面润湿㊂而醚键修饰的煤表面模型,由于 CH 3数量的增加,阻碍了水分子与煤表面的充分接触,导致煤表面醚键数量吸附水分子能力存在极大值㊂无修饰的煤表面模型中范德华相互作用远大于静电相互作用,而煤表面与水分子之间几乎没有静电相互作用,当进行MD 模拟后,水分子之间形成氢键,从而使其难以吸附在煤表面㊂随着羟基与醚键数量增加,范德华相互作用逐渐减小,羟基修饰煤表面的静电相互作用逐渐降至-342．43kJ /mol,醚键修饰煤表面的静电相互作用先降至-80．37kJ /mol 后增大到-68．58kJ /mol㊂根据范德华相互作用与静电相互作用的能量占比,说明经羟基修饰后的煤表面自由能增大,与水分子易形成氢键作用,影响了煤表面对水分子的吸附行为㊂经醚键修饰后的煤表面与水分子也形成氢键作用,但数量增加到一定程度后, CH 3阻碍了水分子与醚键形成氢键的能力,使得煤表面自由能先增大后减小㊂2．3㊀氢键作用经羟基与醚键修饰的煤表面可以与水分子通过氢键发生作用,为了更好的研究氢键的形成,采用氢键几何标准:分子间氢-受体之间的距离小于0．25nm,供体-氢-受体之间的角度大于135ʎ㊂经羟基和醚键修饰的煤表面与水分子形成的氢键统计结果见表6㊂918。

煤矿粉尘化学抑尘剂的试验研究耿卫国;宋丽华;宋强;门泉福;舒新前【摘要】喷雾降尘是矿尘治理的手段之一,研究矿尘的润湿性和团聚性,对粉尘污染防治及矿井环境安全具有重要意义.以煤尘和岩尘为研究对象,利用毛细管上向渗透法、透过率法研究了不同种类、不同浓度表面活性剂、黏结剂以及酸碱试剂的润湿、团聚性能;优选了壬基酚聚氧乙烯醚-6(TX-6)、壬基酚聚氧乙烯醚-7(TX-7)、可溶性淀粉、聚丙烯酰胺(PAM)、柠檬酸及氢氧化钠作为抑尘剂的基料和辅料,利用正交实验进行抑尘剂配方研究,得到针对煤尘和岩尘的3种抑尘剂.试验结果表明,喷洒抑尘剂后,炮采工作面的降尘效果显著:使用2#抑尘剂(0.5％TX-6、0.3％TX-7、0.05％可溶性淀粉、0.08％NaOH)后煤尘全尘降尘总效率为93％;使用1#抑尘剂(0.3％TX-6、0.4％TX-7、0.05％PAM、0.05％柠檬酸)后岩尘全尘降尘总效率为95％.【期刊名称】《煤矿安全》【年(卷),期】2018(049)011【总页数】6页(P33-38)【关键词】矿尘;化学抑尘剂;润湿性;团聚性;煤尘污染;正交实验【作者】耿卫国;宋丽华;宋强;门泉福;舒新前【作者单位】中国矿业大学(北京) 化学与环境工程学院,北京 100083;承德兴隆矿业有限责任公司,河北承德 067200;中国矿业大学(北京) 化学与环境工程学院,北京100083;中国矿业大学(北京) 化学与环境工程学院,北京 100083;防化研究院,北京100083;中国矿业大学(北京) 化学与环境工程学院,北京 100083【正文语种】中文【中图分类】TD714矿尘指煤矿生产过程中产生的微细煤尘和岩尘的总称，严重危害煤矿安全及矿工健康。

针对矿尘污染问题，国内外多采用喷雾降尘技术实现降尘[1-2]。

由于矿尘颗粒小、疏水性强等原因不易被水润湿，降尘效果不理想。

因此，需要在水中添加适当的试剂，配置高效抑尘剂，以提高矿尘的降尘效率。