【摘要】：為研究不同變質(zhì)程度煤表面動(dòng)態(tài)行為和臨界表面張力,利用懸滴法恒溫27℃測(cè)試不同濃度下的烷基糖苷(APG)溶液表面張力,以及利用躺滴法動(dòng)態(tài)連續(xù)跟蹤測(cè)量模式研究不同濃度下的APG溶液在煤表面接觸角隨時(shí)間的變化情況。研究結(jié)果表明:水在煤表面形成接觸角較大,且接觸角變化不明顯;隨著APG溶液濃度的增大,溶液在煤表面形成的接觸角變小,同時(shí)接觸角的變化幅度也在增大,當(dāng)APG溶液濃度超過(guò)臨界膠束濃度時(shí),接觸角進(jìn)一步減小,但變化幅度減小;接觸角余弦值與臨界表面張力的相關(guān)性顯著,且呈負(fù)相關(guān)關(guān)系;隨著煤樣變質(zhì)程度的提高,臨界表面張力先減小后增大。
【圖文】：

6835．500．9374首山一礦1．357．4122．821．3635新豐礦1．7214．4416．381．7816大寧礦2．5412．6510．252．4441．4溶液表面張力及接觸角的測(cè)定采用德國(guó)Kruss公司生產(chǎn)的DSA型光學(xué)法液滴形態(tài)分析系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)DSA分析系統(tǒng))，利用懸滴法(pendantdrop)恒溫27℃測(cè)試不同濃度下的APG溶液表面張力，利用躺滴法(sessiledrop)動(dòng)態(tài)連續(xù)跟蹤測(cè)量模式研究不同濃度下的APG溶液在煤表面接觸角隨時(shí)間的變化情況。2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析2．1APG溶液的表面張力通過(guò)DSA分析系統(tǒng)，利用懸滴法測(cè)試不同濃度下APG溶液的表面張力，結(jié)果如圖1所示。圖1不同濃度下APG溶液的表面張力由圖1可以發(fā)現(xiàn)，隨著APG溶液體積分?jǐn)?shù)(濃度)的增大，其表面張力先呈現(xiàn)急劇下降趨勢(shì)，后趨于平穩(wěn)。當(dāng)APG溶液濃度大于0．04%時(shí)，溶液的表面張力不再明顯下降，最后表面張力接近22mN/m。對(duì)于表面活性劑溶液來(lái)說(shuō)，當(dāng)表面活性劑用量達(dá)到一定值時(shí)，表面活性劑分子在水表面達(dá)到飽和，此時(shí)繼續(xù)增加表面活性劑用量，，溶液的表面張力不再明顯減小，部分表面活性劑分子在水中聚集、形成膠束，此時(shí)的溶液濃度稱(chēng)為該種表面活性劑的臨界膠束濃度。利用直線(xiàn)相交法，通過(guò)在圖中作2條直線(xiàn)，一條直線(xiàn)經(jīng)過(guò)表面張力下降區(qū)，另一條經(jīng)過(guò)表面·36·Vol.42No.6Dec.2015礦業(yè)安全與環(huán)保MININGSAFETY＆ENVIＲONMENTALPＲOTECTION第42卷第6期2015年12月

．2不同煤樣的動(dòng)態(tài)接觸角溶液滴落在煤表面上時(shí)，會(huì)在煤的固、液界面處形成初始接觸角;隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，接觸角會(huì)一直發(fā)生變化，最終形成平衡接觸角。平衡接觸角是指在有限時(shí)間內(nèi)(取12s)所達(dá)到的最低值。如果時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)，平衡接觸角還會(huì)略有降低，但在實(shí)際應(yīng)用中意義不大［15］。DSA分析系統(tǒng)可精確拍攝到瞬時(shí)固、液接觸角變化的圖像，最快拍攝50幀/s，能進(jìn)行智能數(shù)據(jù)處理，操作簡(jiǎn)單，儀器精度高，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確，重現(xiàn)性好，為研究潤(rùn)濕的動(dòng)態(tài)過(guò)程提供了有力的技術(shù)支持。通過(guò)該系統(tǒng)得到接觸角隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)，如圖2所示。(a)顧橋礦煤樣(b)千秋礦煤樣(c)付村礦煤樣(d)首山一礦煤樣(e)新豐礦煤樣(f)大寧礦煤樣圖2不同濃度的APG溶液在煤表面的潤(rùn)濕曲線(xiàn)通過(guò)圖2可以看出，水在煤表面形成接觸角較大，并且起始接觸角與平衡接觸角相差不大，接觸角變化不明顯。這是由于水的張力較大，比煤的表面能大得多，使得水在煤表面形成的接觸角較大，同時(shí)水滴表面張力大，表面收縮能力強(qiáng)，滲透性能差，難以潤(rùn)濕煤樣。隨著APG溶液濃度的提高，溶液在煤表面形成的接觸角變小，同時(shí)接觸角的變化幅度也在增大。當(dāng)溶液濃度超過(guò)臨界膠束濃度時(shí)，溶液的表面張力雖然不再變化，但溶液內(nèi)的表面活性劑分子可以跟煤的大分子結(jié)構(gòu)分子間相互作用，溶液濃度越高，分子間作用力越強(qiáng)烈，使表面活性劑溶液的固—液界面張力變小［16］，導(dǎo)致接觸角進(jìn)一步減校但是溶液達(dá)到臨界膠束濃度后，接觸角的變化幅度也在變校2．3煤的臨界表面張力根據(jù)相關(guān)研究［17］，發(fā)現(xiàn)同系物液體與同一固體表面的平衡接觸角θ隨液體表面張力γ的降低而變小，以cosθ對(duì)液體表面張力γ作圖，可得直線(xiàn)，將直線(xiàn)延長(zhǎng)到cosθ=1處，相應(yīng)的表面張力值被稱(chēng)作此固體潤(rùn)濕的臨界?

【參考文獻(xiàn)】

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