煤矿喷雾降尘用新型润湿剂优选复配基础试剂的实验

第３期 收稿日期：２０１８－１１－０７
作者简介：常宸玮（１９９５—），男，在读本科生。

煤矿喷雾降尘用新型润湿剂优选复配基础试剂的实验
常宸玮，赵　媛，刘　畅，赵明越
（滨州学院化工与安全学院，山东滨州　２５６６０３）
摘要：井下粉尘主要来自采掘工作面，煤矿防尘用水表面张力大、润湿性能差、导致喷雾降尘率较低，达不到降尘要求。

为提高清水喷雾
降尘效率及润湿剂的使用效率，利用理论分析、实验研究的方法，通过对新型润湿剂复配基础试剂的实验，探寻适用于田陈煤矿采掘工作面的润湿剂优选试剂。

关键词：粉尘；采掘面；理化性质；润湿剂中图分类号：Ｘ７５２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０１９）０３－０１６５－０９
１　润湿剂除尘机理１．１　湿润剂简介及除尘机理
液体之所以能够润湿固体，是因为固体表面能对液体产生了吸引力，与被润湿的表面接触，亲油链段吸附在固体表面，亲水基向外伸向水中。

把水和基材的接触，变成了水和润湿剂的亲水基团接触，形成了以润湿剂为中间层的夹层结构。

使水相
更容易铺展，从而达到润湿的目的。

在喷雾降尘过程中，雾滴
与雾滴、雾滴与粉尘颗粒以及粉尘颗粒之间都会发生碰撞，在这三种情况下，仅有雾滴与粉尘颗粒之间的碰撞才可能有降尘
效果［１］。

换言之，只有当液滴表面张力足够小时，尘粒才能被吞没在液滴中。

粉尘与雾滴的吸附过程如图１
所示。

图１　粉尘与雾滴的吸附过程示意图
Ｆｉｇ．１　Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｄｕｓｔａｎｄｄｒｏｐｌｅｔｓ
研究表明，润湿剂是一种表面活性剂，由亲水基与疏水基组成，在防尘用水中添加润湿剂后，尘粒与液滴相互碰撞，当碰撞发生后并且其吸引力大于排斥力时，尘粒才能粘附于液滴的表面，如果液滴的表面张力很小，尘粒进而被吞没在液滴中。

因此，在井下防尘用水中加入润湿剂后，可以降低水的表面张力，改善其润湿性，从而使尘粒更容易被液滴捕获，提高降尘效率［２］。

１．２　添加润湿剂后提高喷雾降尘效果的机理分析在原有降尘喷雾系统中加入润湿剂，能够显著提高降尘系统的降尘效果。

分析其原因，一是因为在防尘系统中加入润湿剂以后能使降尘过程变得更加有效；二是润湿剂与煤尘的相互作用。

１．２．１　
液滴捕获尘粒并从气体中分离的过程图２　液滴捕获煤尘过程的图示
Ｆｉｇ．２　Ｈｅｒｅｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｄｒｏｐｌｅｔｃａｐｔｕｒｅｄｕｓｔ
·
５６１·常宸玮，等：煤矿喷雾降尘用新型润湿剂优选复配基础试剂的实验
山　东　化　
工
图３　液滴膨胀现象及其作用的图示
Ｆｉｇ．３　Ｔｈｅｇｒａｐｈｉｃｏｆｄｒｏｐｌｅｔｅｘｐａｎｓｉｏｎｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎａｎｄｉｔｓｅｆｆｅｃｔｓ
在一个喷雾系统中，液滴捕获尘粒并从空气中分离的各个
过程可用图２表示。

在有液滴喷雾的含尘气溶胶系统中，尘粒与尘粒、液滴与液滴、尘粒与液滴之间都会彼此碰撞。

然而，只有尘粒与液滴之间的碰撞对抑尘才是有效的。

如果该液滴足够大，它能够沉降并从空气中分离。

否则，如果该液滴小于临界粒径，则该含尘液滴需要与其他含尘液滴或纯液滴进一步凝
并，然后再下降并从空气中分离。

１．２．２　煤质对润湿剂影响的分析
在矿井生产过程中，粉尘主要是以煤尘的形式存在，因此要搞清楚润湿剂与粉尘之间如何作用才能够抑尘，对粉尘性质
的研究就是必不可少的。

图４　润湿剂对挥发性成分较多的煤尘作用不大的原因图示
Ｆｉｇ．４　Ｗｅｔｔｉｎｇａｇｅｎｔｏｎｔｈｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｍｏｒｅｖｏｌａｔｉｌｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｆｃｏａｌｄｕｓｔｅｆｆｅｃｔｉｓｎｏｔｂｉｇｈｅｒｅ
图４为一尘粒放大的示意图。

一般说来，一颗煤尘有毛细
孔、裂隙和裂缝，在亚微观结构上，５０～７５ｎｍ的直径称为毛细孔，２～５０ｎｍ的直孔定义为亚微间隙孔，小于２ｎｍ为微隙孔。

尘粒中的挥发性物质按其分布位置可分为内部吸附挥发物、毛细孔挥发物、裂隙间挥发物和表面吸附挥发物等。

如果煤尘颗粒没有挥发物质，在润湿的环境中（如在做沉降试验时）上述空隙能够吸附液体。

相反，如果煤尘颗粒中的空隙被挥发物充填，液体吸附现象只能发生在尘粒的表面，而且由于挥发性物质由特殊成分组成，在高温时会释放出酚盐、乙烯、丙烷、异丁烷等，它们难以被润湿剂润湿。

所以，润湿剂对高挥发物含量的煤尘的作用下降。

总体来说，煤尘是不容易被防尘用水捕获（未加润湿剂）的，所以工作面防尘系统尽管比较完善，但是粉尘浓度依然是居高不下，因此，在防尘用水中添加润湿剂来提高降尘效率是
十分必要的。

２　润湿剂单体的优选实验为了配制出适用于田陈煤矿采掘工作面环保、高效、经济的润湿剂复配溶液，优选了１９种适合井下降尘用的润湿剂单体，通过表面张力实验、接触角实验及沉降实验对１９种润湿剂单体进行优选，将其中综合降尘指标最好的润湿剂单体，作为润湿剂复配试剂的基础试剂。

２．１　润湿剂单体的初选润湿剂单体的选择，首先要满足无毒、无害且生物降解性较好的特点，其次则需要润湿剂单体润湿性能强、降尘效果好。

本文为配制出环保、高效、经济的润湿剂配方，在参考降尘用润
湿剂相关学术论文、专利及市场调研的基础上［
３～６］，初步选定了１９种润湿剂单体，湿润剂单体的具体信息如表１所示。

表１　初选润湿剂单体一览表Ｔａｂｌｅ１　Ｐｒｉｍａｒｙｗｅｔｔｉｎｇａｇｅｎｔｍｏｎｏｍｅｒｌｉｓｔ
序号润湿剂化学名称表面活性剂简称
润湿剂种类及单价／（元／ｋｇ）
润湿剂化学分子式１十二烷基硫酸钠ＳＬＳ阴离子／１１．５ＣＨ３（ＣＨ２）１１ＯＳＯ３
Ｎａ２十二烷基苯磺酸钠ＳＤＢＳ阴离子／１５．０ＣＨ３（ＣＨ２）４ＣＨ（Ｃ６Ｈ４ＳＯ３Ｎａ）（ＣＨ２）５ＣＨ３
３油酰氨基多肽羧酸钠雷米邦Ａ阴离子／４．５Ｃ１７Ｈ３３ＣＯＮＨＲ１（ＣＯＮＨＲ２
）ｎ
ＣＯＯＮａ４脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钠
ＡＥＣ阴离子／９．５ＲＯ（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）１０ＣＨ２
ＣＯＯＮａ（Ｒ＝Ｃ１２～Ｃ１４）５十二烷基磺酸钠
ＳＡＳ阴离子／１７．０ＣＨ３（ＣＨ２）１１ＳＯ３
Ｎａ６Ｎ－甲基－Ｎ－油酰基牛磺酸钠
净洗剂２０９阴离子／３．５Ｃ２１Ｈ４０Ｏ４ＮＳＮａ７
磺化琥珀酸二辛酯钠盐
快速渗透剂Ｔ
阴离子／１５．５
Ｃ２０Ｈ３７ＮａＯ７
Ｓ·
６６１·ＳＨＡＮＤＯＮＧＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ ２０１９年第４８卷
　第３期表１（续）
序号润湿剂化学名称表面活性剂简称润湿剂种类及单价／（元／ｋｇ）
润湿剂化学分子式８二丁基萘磺酸钠拉开粉ＢＸ阴离子／１０．１Ｃ１４Ｈ１６Ｏ３ＳＮａ９十六烷基三甲基溴化铵１６３１阳离子／１９．５Ｃ１６Ｈ３３（ＣＨ３）３
ＮＢｒ１０十二烷基二甲基苄基氯化铵
１２２７阳离子／１０．８Ｃ２１Ｈ３８ＮＣｌ１１全氟丁基磺酰氟
ＦＣ－４阳离子／２８０Ｃ２０Ｈ２０Ｆ２３Ｎ２Ｏ４
Ｉ１２聚氧乙烯（２０）山梨醇酐单油酸酯
Ｔｗｅｅｎ（吐温）－８０
非离子／２０．５Ｃ６４Ｈ１２４Ｏ２６
１３烷基酚聚氧乙烯醚ＯＰ－１０非离子／９．
８１４椰子油脂肪酸二乙醇酰胺
净洗剂６５０１
非离子／１５．７Ｃ１１Ｈ２３ＣＯＮ（ＣＨ２ＣＨ２ＯＨ）２１５脂肪酸烷醇酰胺ＮＯＳ非离子／１６．３（ＲＣＯＮ（ＣＨ２ＣＨ２ＯＨ）２）１６脂肪醇聚氧乙烯醚
渗透剂ＪＦＣＳ
非离子／１１．７ＲＯ（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｎＣＨ２ＣＨ２ＯＨ（Ｒ＝Ｃ１２～Ｃ１８
烷基，ｎ＝１５～１６）１７烷基糖苷ＡＰＧ非离子／１４．５由烷基单葡萄糖苷、烷基麦芽糖苷等组成
１８十二烷基甜菜碱ＢＳ－１２两性离子／７．８Ｃ１６Ｈ３３Ｏ２Ｎ１９
椰油酰氨基丙基甜菜碱
ＣＡＢ－３５
两性离子／９．０
Ｃ１９Ｈ３８Ｎ２Ｏ３
２．２　润湿剂单体溶液的表面张力测定实验
２．２．１　表面张力简介及其测试原理
液体表面分子与液体内部分子受力是不同的，液体内部的
分子所受的力是对称的，基本处于平衡状态，而液体表面的分子由于受到内部分子的吸引力作用而呈现向液体内部移动的
趋势［７］。

也就是说，液体表面的分子受到一个拉入液体内部的
力，在这个力的作用下，液体表面会力图将液体表面积缩小，促
使这一不平衡状态趋向平衡，这个力就称为“表面张力”。

从热力学角度来说，表面张力就是形成或扩张单位面积的截面所需
要的最低能量，也被称为单位面积上的自由能，单位为Ｊ／ｍ２
或Ｎ／ｍ。

图５
为用表面张力表示的尘粒润湿示意图。

图５　用表面张力表示的尘粒润湿示意图
Ｆｉｇ．５　Ｄｕｓｔｗｅｔｔｉｎｇｓｃｈｅｍａｔｉｃｅｘｐｒｅｓｓｅｄｉｎｓｕｒｆａｃｅｔｅｎｓｉｏｎ
可以用著名的Ｙｏｕｎｇ方程定量表示尘粒润湿过程［８］。

即Ｆｄ，ａ＝Ｆｄ，ｗ＋Ｆｗ，ａ·ｃｏｓθ（１）式中，Ｆｄ，ａ
—气－固界面的表面张力，Ｎ／ｍ； Ｆｄ，ｗ—固－液界面的表面张力，Ｎ／ｍ； Ｆｗ，ａ—液－气界面的表面张力，Ｎ／ｍ； θ—润湿边界角，°。

只用当ｃｏｓθ＞０，即θ≤９０°时，液体才能将尘粒润湿，若ｃｏｓθ＝１，即＝０时，尘粒就能被液体完全润湿；而当ｃｏｓθ
＜０，即θ
＞９０°时，尘粒则不会被液体润湿。

２．２．２　表面张力测定结果与分析利用表面张力仪对上述１９种润湿剂单体试剂分别进行了
不同浓度的表面张力测定，测定浓度分别为０．０００００５％、０．００００５％、０．０００５％、０．００５％、０．０５％、０．５％以及５％七种。

１９种单体试剂的每种不同浓度溶液的表面张力测定三次，并取其平均值，以减少误差。

实验过程中用到的蒸馏水表面张力为７２．８３３ｍＮ／ｍ，１９种润湿剂单体溶液的表面张力测定结果如表２所示。

表２　初选润湿剂单体溶液表面张力测定结果
ｍＮ／ｍＴａｂｌｅ２　Ｐｒｉｍａｒｙｗｅｔｔｉｎｇａｇｅｎｔｍｏｎｏｍｅｒｓｏｌｕｔｉｏｎｓｕｒｆａｃｅｔｅｎｓｉｏｎｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ
ｍＮ／ｍ
润湿剂简称
溶液浓度
５％０．５％０．０５％０．００５％０．０００５％０．００００５％０．０００００５％ＳＬＳ３２．５６９３３．４３１３０．０９７５０．６５３６２．７７８６８．９７２７３．０２８ＳＤＢＳ２８．４１７２９．６８０４７．９８６６４．５９７７２．１３８７２．５００７２．０２８雷米邦Ａ３２．２０８３４．７０８３９．８０５５６．４１７６３．５００６９．５１４７０．６１１ＡＥＣ３２．５８３３４．７７８２７．９３１４１．７５０６４．５２８７０．３１９７１．９３１ＳＡＳ
３２．７６４
３１．０００
３２．６２５
３３．１５３
５３．１６７
６７．０００
７２．６８１
·
７６１·常宸玮，等：煤矿喷雾降尘用新型润湿剂优选复配基础试剂的实验
山　东　化　工
表２（续）
润湿剂简称溶液浓度
５％０．５％０．０５％０．００５％０．０００５％０．００００５％０．０００００５％净洗剂２０９３１．２６４３０．１９４４３．１３９６２．０６９７１．８３３７２．０９７７１．４４５快渗剂Ｔ２４．９７２２７．５２８３８．８６１５２．８３３６５．１８１７０．６８０７２．０７０拉开粉ＢＸ３０．０５６３２．１９４５１．５２８６６．９７２６９．６３９７０．１９４７２．４７２１６３１２６．０１４２３．３４７１９．９３１３１．５９７５２．９４４７１．９８６７２．３０６１２２７２７．５００２５．１３９４０．８４７５２．８０６６７．９４４７２．４０３７１．８７５ＦＣ－４１３．８３３１６．１２５１９．０１４２３．７０８３４．３４７６２．６１１６１．１６７Ｔｗｅｅｎ－８０３８．３６１４０．１１１４２．２７８４６．６１１５２．５００６４．０１４７２．８０６ＯＰ－１０２９．３６１３２．２９２３０．６３９４４．６５３６５．３０５７２．３４７７１．７５０净洗剂２７．８８９２７．７３６２９．５１４４２．９４４７１．０８３７２．８０６７２．７２２ＮＯＳ４４．０００４４．２７８４４．８８９４５．９５８４９．２２２６０．３０６７０．２２２ＪＦＣＳ３１．０５６３２．０５６３２．５１４４９．２０８７０．９７２７２．５８３７３．０１４ＡＰＧ２８．７６４２７．２７８３２．４７２６０．４５８７０．５８３６５．２９２７１．７６４ＢＳ－１２３１．８８９３２．１３９３０．５００５７．９１７７０．２３６６９．６５５６９．７７７ＣＡＢ－３５
３２．５９７
３１．４３１
２９．６３９
３８．９５７
６３．２７８
６５．５００
７１．０４２
由于篇幅所限，本文仅给出了１６３１，即十六烷基三甲基溴
化铵在质量浓度为０．００００５％、０．００５％及０．５％时的表面张力测定曲线，如图６所示。

为了明确表示出浓度对各种试剂溶液
表面张力的影响，绘制出了１
９种试剂溶液的表面张力随不同质量浓度变化曲线示意图如图７
所示。

图６　１６３１不同质量浓度溶液的表面张力测定曲线
Ｆｉｇ．６　Ｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｔｅｎｓｉｏｎｏｆｔｈｅｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｍｅａｓｕｒｅｄｃｕｒｖｅｏｆ１６６１
·
８６１·ＳＨＡＮＤＯＮＧＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ ２０１９年第４８卷
　第３
期图７　各种试剂溶液的表面张力随不同质量浓度变化曲线示意图
Ｆｉｇ．７　Ａｌｌｋｉｎｄｓｏｆｓｕｒｆａｃｅｔｅｎｓｉｏｎｏｆｔｈｅｒｅａｇｅｎｔｓｏｌｕｔｉｏｎｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍａｓｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｄｉａｇｒａｍ
由图６中可以看出，十六烷基三甲基溴化铵溶液的表面张力随着溶液浓度的增加而降低，实验过程中，其他大部分单体试剂溶液的表面张力也出现了相似情况，但随着浓度的增加溶液的表面张力降幅逐渐减小。

而从表２及图７中可以明显的看出，当单体试剂溶液的质量浓度达到某一值时，其表面张力会出现明显的下降，这一浓度称为该溶液的临界胶束浓度，简称ＣＭＣ，当溶液浓度到达ＣＭＣ时，润湿剂分子会在溶液中聚合成胶束。

在１９种初选的润湿剂单体溶液中，当溶液的质量浓度在０．０００００５％～０．０００５％之间变化时，大部分润湿剂单体溶液的表面张力变化较小，而当溶液质量浓度继续增加到０．００５％、０．０５％时，润湿剂单体溶液的平均表面张力迅速由６２．６９ｍＮ／ｍ下降至４８．５９、３４．９６ｍＮ／ｍ。

而当润湿剂单体溶液的质量浓度进一步增加至０．５％时，润湿剂溶液的表面张力则降幅很小，平均表面张力仅由３４．９６ｍＮ／ｍ降至３０．３２ｍＮ／ｍ。

由此可以断定，初选的１９种润湿剂单体中大部分润湿剂单体的ＣＭＣ在０．０５％左右。

研究表明，当润湿剂溶液的质量浓度为０．０５％时，溶液的表面张力降低到３５ｍＮ／ｍ以下，才可能有良好的降尘效果。

而从表２及图７中可以看出，初选的１９种润湿剂单体中，部分润湿剂单体的ＣＭＣ较大，如阴离子润湿剂中的拉开粉ＢＸ、阳离子润湿剂中的１２２７、非离子润湿剂中的ＮＯＳ等，当上述单体溶液的质量浓度达到０．０５％时，其表面张力均在４０ｍＮ／ｍ以上，润湿性能较差，要想提高其润湿性能，只能提高其溶液的质量浓度，这样必然会增加使用成本，所以，这部分润湿剂不适合用作井下降尘润湿剂。

２．３　润湿剂单体溶液的接触角测定实验２．３．１　实验准备本次试验采用方法为先将煤块磨成煤粉，然后利用压片机
或其他仪器将煤粉压制成试片，将试片的光滑面代替煤的孔隙表面。

试片制备时，首先将煤样利用颚式破碎机及密封式制样粉
碎机处理，然后用球磨机碾磨３０ｓ后即可得到实验用煤粉。

之
后将煤粉盛放在干净的玻璃皿中放入真空干燥箱中，在１３０℃
条件下干燥２ｈ以去除煤粉中的水分。

然后用万分之一电子天平称取干燥煤样２００ｍｇ，利用ＦＹ－２４型台式粉末压片机及与其配套的ＩＤ１３圆柱型压片磨具将煤粉在３０ＭＰａ的承压状态下
保持２ｍ
ｉｎ后取出，就会得到具有压光平面的圆型试片，其直径１３ｍｍ，厚度２ｍｍ。

２．３．２　接触角的测定结果与分析利用ＤＳＡ型视频光学接触角测量仪对初选的１９种润湿剂单体试剂分别进行了不同浓度的接触角测定，测定浓度与表面
张力测定时的相同。

测定过程中，将每种单体试剂不同溶液的接触角变化情况保存成１８０帧（一帧对应一秒）的视频，在每个视频选取五个固定时刻，分别对应液滴从接触试片后的０、３０、６０、１２０和１８０ｓ五个时刻的接触角，每种试剂不同质量浓度溶液的接触角测定三次（均取１８０ｓ时的图片进行记录），取平均
值，具体测试结果如表３所示。

其中，实验所用蒸馏水与煤饼
的接触角为（８９．２５±０．９３）°，但与岩饼的接触角为０°，因此，接触角只能测定煤粉的润湿性能。

表３　初选润湿剂单体溶液接触角测定结果
°
Ｔａｂｌｅ３　ＰｒｉｍａｒｙｃｏｎｔａｃｔＡｎｇｌｅｏｆｗｅｔｔｉｎｇａｇｅｎｔｍｏｎｏｍｅｒｓｏｌｕｔｉｏｎｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ
润湿剂简称
溶液浓度
５％０．５％０．０５％０．００５％０．０００５％０．００００５％０．０００００５％ＳＬＳ００２８．０４４３．６８±０．５６４４．４３±０．２３４７．７５±０．２４４８．８１±０．２０ＳＤＢＳ００５０．１１±０．８６
５０．１２±０．３８
５４．１４±０．５７
６０．９５±０．４６６７．４７±０．９７雷米邦Ａ００３３．６９４２．６４４４．３８５９．５３±２．１６５５．４９±０．８０ＡＥＣ０００４５．２９±０．１８
５０．７８±０．２９５３．５８±０．６０５９．７５±０．０４ＳＡＳ０００２４．９４５８．４２±０．０６５８．３６±０．６０５９．８８±０．７６净洗剂２０９００４２．２３４７．６４±０．８０
４８．５１±０．６６
４９．７８±０．３２
５１．４８±０．６１快渗剂Ｔ
０
０
３０．５８
４６．７８
４７．８３
４６．１５
５２．１１±０．３９
·
９６１·常宸玮，等：煤矿喷雾降尘用新型润湿剂优选复配基础试剂的实验
山　东　化　工
表３（续）
润湿剂简称溶液浓度
５％０．５％０．０５％０．００５％０．０００５％０．００００５％０．０００００５％拉开粉ＢＸ０１６．１８５２．７５±０．８３
５２．８１±０．３４５４．０１±０．０７５５．４１±０．０５６６．６４±０．６６１６３１０１２．２８１５．７４５８．９７±０．３３６０．３０±０．５１６２．１０±０．５６７３．９１±０．８１１２２７０３０．０６５４．２３±０．５１
５５．２７±０．２８５７．０３±０．８６５７．６５±０．２６５７．８７±０．２８ＦＣ－４２８．４５２９．４６３０．２０４２．３０±１．４５
５０．８７±０．３０５５．０１±０．３３６０．１０±１０．７Ｔｗｅｅｎ－８００１８．８８２８．７２３１．０６５２．６３±０．１１６１．５８±１．５９６１．７５±０．１０ＯＰ－１００００５３．９８±０．７３５９．５８±０．１３６３．６３±０．１５６６．２２±０．８９净洗剂６５０１
００３９．０６５０．６５±０．０７５１．３８±０．０４５４．２２±０．５６５３．７４±０．６４ＮＯＳ０２２．８９４１．２２±０．７９
４７．４０±０．３６４７．８７±０．３７５２．７４±０．６０６６．３８±０．３５渗透剂ＪＦＣＳ
００２４．１４４９．７５±０．３１
５１．５７±０．２０
５３．８９±０．４６
５５．０７±０．２３
ＡＰＧ００８．２５１１．４４１９．５２２０．７３２１．６７ＢＳ－１２０１６．４７４８．７４±０．６６４９．６５±０．７３５３．７３±０．１０５７．３４±０．５１５８．１９±０．３４ＣＡＢ－３５
０
０
３６．７３±０．８９
４０．０１±０．０９
５０．７６±０．４１
５８．６４±１．４９
６６．３７±０．２０
为了更好的体现润湿剂的润湿性能，本文对实验室用的蒸馏水与试片所成接触角进行了测定，如图８
所示。

图８　蒸馏水与煤粉试片所成接触角的测试界面示意图
Ｆｉｇ．８　ＤｉｓｔｉｌｌｅｄｗａｔｅｒａｎｄｃｏａｌｓｐｅｃｉｍｅｎｉｎｔｏｃｏｎｔａｃｔＡｎｇｌｅｔｅｓｔｉｎｔｅｒｆａｃｅｓｋｅｔｃｈ
各种试剂溶液的接触角随不同质量浓度变化曲线示意图如图９
所示。

图９　各种试剂溶液的接触角随不同质量浓度变化曲线示意图
Ｆｉｇ．９　ＡｌｌｋｉｎｄｓｏｆｃｏｎｔａｃｔＡｎｇｌｅｏｆｔｈｅｒｅａｇｅｎｔｓｏｌｕｔｉｏｎｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍａｓｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｄｉａｇｒａｍ
·
０７１·ＳＨＡＮＤＯＮＧＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ ２０１９年第４８卷
　第３期 图１０为０ｓ时，不同质量浓度表面活性剂ＳＤＢＳ溶液湿润
煤体过程中接触角变化示意图。

（ａ）～（ｇ）均为液体刚滴落到
试片上０ｓ
时的接触角图片。

图１０　ＳＤＢＳ不同质量浓度溶液润湿煤体过程中接触角的变化趋势图
Ｆｉｇ．１０　ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｗｅｔｔｉｎｇｃｏｎｔａｃｔＡｎｇｌｅｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｃｏａｌｃｈａｎｇｉｎｇｔｒｅｎｄｃｈａｒｔｏｆＳＤＢＳ图１１为０～１８０ｓ时，质量浓度为０．０５％表面活性剂ＪＦＣＳ
溶液湿润煤体过程中接触角变化示意图。

图１１　渗透剂ＪＦＣＳ溶液浓度为０．０５％时润湿煤体过程中接触角的变化趋势示意图
Ｆｉｇ．１１　Ｓｏｌｕｔｉｏｎｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｗａｓ０．０５％ｗｅｔｔｉｎｇｃｏｎｔａｃｔＡｎｇｌｅｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｃｏａｌｃｈａｎｇｉｎｇｔｒｅｎｄｄｉａｇｒａｍｏｆＪＦＣＳ
从表３和图９中可以看出，对选取的１９种初选润湿剂单体而言，其溶液质量浓度在０．０００００５％～０．００５％区间变化时，大
多数单体试剂溶液的接触角角度在４４．４４°～５８．０５°之间浮动，
变化幅度较小；而当溶液质量浓度逐渐增大至０．０５％、０．５％和
５％时，接触角的角度平均值迅速减小，由４４．４４°下降至
２９．７１°、７．７０°、１．５０°；值得注意的是当质量浓度达到０．０５％时，
接触角平均值开始迅速减小。

由此验证了这１９种初选润湿剂
单体中大部分单体试剂的ＣＭＣ在０．０５％左右。

基于以上分
析，结合润湿剂单体溶液相应浓度的表面张力的测定结果，得出质量浓度为０．０５％的润湿剂单体溶液与试片所成接触角数
值可以宏观表征润湿剂对煤体的润湿性能。

将润湿剂单体溶液接触角测定结果与表面张力测定结果对比分析可知，润湿剂溶液的接触角与其表面张力之间存在一定关系，即接触角较大的溶液，通常其表面张力也较大，所以当其溶液质量浓度较低时，润湿性能较差，不适于井下降尘。

当
然也有例外，如Ｆ
Ｃ－４，其表面张力在质量浓度为０．０５％时相对较小，但是其接触角在该浓度下则相对较大，即其在０．０５％的浓度下对煤尘的润湿能力仍较差。

２．４　润湿剂优选单体的确定
通过对初选的１９种润湿剂单体不同质量浓度溶液的表面
张力和接触角测定实验发现，有些润湿剂单体溶液即使在浓度较高情况下，其表面张力与接触角的实验数值仍然较大，如ＢＸ、１２２７、ＮＯＳ等９种润湿剂单体溶液在质量浓度为０．０５％时表面张力仍均在１９ｍＮ／ｍ以上，接触角均在２８°以上，因此以
上９种润湿剂单体的润湿性能差，
降尘效果不佳。

本着环保、高效、经济的原则，综合考虑表面张力与接触角测定结果，从初选的１９种润湿剂单体中优选出１０种来作为润湿剂复配实验的基础试剂。

为便于实验，将优选出的１０种润湿剂单体进行编号：１－ＯＰ－１０；２－净洗剂６５０１；３－渗透剂ＪＦＣＳ；４－ＡＥＣ；５－ＳＡＳ；６－ＳＤＢＳ；７－１６３１；８－快渗剂Ｔ；９－ＣＡＢ－３５；１０－ＡＰＧ。

其中单体４、５、６、８为阴离子润湿剂，单体７为阳离子润湿剂，单体１、２、３、１０为非离子润湿剂，单体９为两性离子润湿剂。

３　不同润湿剂单体的复配实验及配方优选
由于选择进行复配的润湿剂单体种类较多，进行正交实验时，同一因素的不同水平之间（即溶液的质量浓度之间）相差较小，考虑到润湿剂复配应遵循简单实用的原则，结合润湿剂复
配原理，对优选的１
０中润湿剂单体进行了两两复配，得到了４５种不同的润湿剂复配配方。

３．１　润湿剂复配溶液的表面张力及接触角测定分析［４０
］从初选的１９种润湿剂单体溶液的表面张力测定结果可知，单体溶液都存在ＣＭＣ值，为了便于溶液的配制及数据比较分析，确定进行复配实验时应选取０．０００００５％～５％中接近ＣＭＣ的较高值，本文实验时选取参与复配的润湿剂单体溶液质量浓度为０．０２５％。

３．１．１　复配溶液的表面张力测定分析
具体实验测定数据如表４所示。

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１７１·常宸玮，等：煤矿喷雾降尘用新型润湿剂优选复配基础试剂的实验
山　东　化　工
表４　复配溶液的表面张力测定结果
Ｔａｂｌｅ４　Ｔｈｅｍｉｘｅｄｓｏｌｕｔｉｏｎｓｕｒｆａｃｅｔｅｎｓｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓ
通过将复配溶液表面张力测定结果与组成之单体溶液表面张力测定结果对比分析可知：
（１）非离子与非离子润湿剂单体组成复配溶液时，复配溶液的表面张力与两单体溶液的表面张力相差不大；
（
２）阴离子与阴离子、非离子与阴离子、非离子与阳离子润湿剂之间进行复配，混合溶液的表面张力接近于各单体溶液表面张力的较小者；
（３）非离子与两性离子、阴离子与两性离子润湿剂之间进行复配，混合溶液的表面张力均小于各组成单体溶液的表面张力；
（４）阳离子与两性离子、阳离子与阴离子润湿剂之间进行复配，混合溶液的表面张力介于各组成单体溶液表面张力之间。

综上所述，润湿剂复配溶液的表面张力的主要影响因素是构成其单体试剂的离子型种类，多数情况下其表面张力均小于组成该复配溶液的单体试剂的表面张力。

在复配溶液中添加浓度为０．０２５％（０．０３ｍｏｌ／Ｌ）的酰胺基团的高聚物Ｗ后，对溶液表面张力进行了测定，测定结果如表５所示。

表５　添加淀粉接枝共聚物复配溶液的表面张力测定结果Ｔａｂｌｅ５　Ａｄｄｔｈｅｓｔａｒｃｈｇｒａｆｔｃｏｐｏｌｙｍｅｒｂｌｅｎｄｓｗｉｔｈｓｏｌｕｔｉｏｎ
ｓｕｒｆａｃｅｔｅｎｓｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓ
表５（续）
由表５可以看出，在复配溶液中添加度为０．０２５％（０．０３
ｍｏｌ／Ｌ）的酰胺基团的高聚物后，所有溶液的表面张力均有所下降，下降幅度在１０％～１９％之间，说明淀粉接枝共聚物可降低溶液的表面张力。

３．１．２　复配溶液的接触角测定分析
经实验室测定，所有的复配溶液在１８０ｓ时均能完全铺展在试片上，也就是说复配溶液的接触角为０°。

因此，在质量浓度为０．０２５％时，复配溶液对煤体的润湿性能都较高，这是大部分润湿剂单体溶液所不能达到的。

３．２　润湿剂复配溶液的煤尘沉降Ｗａｌｋｅｒ实验
由上述分析可知，表面张力与接触角测定结果具有相对
性，要获取润湿剂复配溶液更为准确的润湿性能信息，还需要对润湿剂复配溶液进行煤尘沉降实验。

从而综合复配溶液的表面张力、接触角以及煤尘沉降实验的测定结果，最终判定复配溶液对煤尘润湿性能的强弱。

润湿剂复配溶液沉降实验测定数据如表６所示。

表６　润湿剂复配溶液的煤尘沉降实验数据Ｔａｂｌｅ６　Ｄｕｓｔｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔａｏｆ
ｔｈｅｗｅｔｔｉｎｇａｇｅｎｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｏｌｕｔｉｏｎ
将润湿剂复配溶液的煤尘沉降实验结果与润湿剂单体溶
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２７１·ＳＨＡＮＤＯＮＧＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ ２０１９年第４８卷
　第３期液的煤尘沉降实验结果对比分析可知，煤尘在润湿剂单体溶液
中完全沉降的时间较长，其中煤尘在５种试剂中的完全沉降时间在１０ｈ左右，在试剂６中完全沉降时间高达１０４ｈ，而在复配溶液中完全沉降的时间大大缩短，充分说明了润湿剂复配溶液的对煤体的润湿性能要强于单体溶液。

４　煤尘用润湿剂配方优选
通过对１９种初选润湿剂单体进行表面张力实验及接触角实验，优选出１０种润湿性能较好的润湿剂单体。

然后再将优
选的１
０种润湿剂单体进行煤尘沉降Ｗａｌｋｅｒ实验、保水性实验以及优选润湿剂单体与淀粉接枝共聚物混合溶液的表面张力实验，为润湿剂复配配方的研发提供了基础实验数据。

基于润湿剂复配溶液的表面张力、接触角、煤尘沉降实验以及润湿剂复配与淀粉接枝共聚物混合溶液的煤尘沉降实验测定结果分析，综合考虑环保性、经济性和易购性等多方面因素，确定了田陈煤矿高效环保的降尘用喷雾润湿剂的配方为试
剂５＋试剂８＋Ｗ，复配溶液为０．０５％，备选配方为试剂５＋试剂９＋Ｗ，复配溶液质量浓度为０．０５％。

５　主要结论
本文采用理论分析、实验室研究的方法对田陈煤矿采掘工
作面粉尘浓度过高问题进行了分析，并且进行了“新型润湿剂及其集中自动添加技术工艺”的研究，研发出适用于田陈煤矿采掘工作面的环保、高效润湿剂复配配方及润湿剂集中自动添加系统，有效提高了喷雾降尘效率，降低采掘工作面粉尘浓度，取得了很好的降尘效果，得出的主要结论如下：
通过对初选的１９种润湿剂单体进行表面张力、接触角、煤尘沉降等实验，优选出了１０种参与复配实验的基础试剂。

根据润湿剂的复配原理，通过两两单体复配的原则，对不同种类润湿剂单体进行了相关的复配实验，最终确定了适用于煤矿的
高效环保的喷雾润湿剂的配方为试剂５＋
试剂８＋Ｗ，复配溶液为０．０５％，备选配方为试剂５＋试剂９＋Ｗ，复配溶液质量浓度为０．０５％。

６　展望
尽管本文在采掘面理化性质，润湿剂配方的优选做了大量工作，在润湿剂集中自动添加方面有所创新，但由于本人知识面所限，本文还有一些问题有待完善，还需要进一步的加强和改进。

参考文献
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）
（上接第１６４页）
垃圾焚烧处理的办法，这种办法可以使资源转化，但是投入也大，同时焚烧过程中会释放出二氧化硫和其它污染物。

利用绿色化学技术对固体废弃物电离气化处理，能有效的把城市垃圾废弃物处理，也不会造成环境的污染，并且消耗低，投资成本收回快。

２．３．２　白色污染和矿山废弃物处理白色污染简单的办法可以进行燃烧、降解和熔融处理，但是会造成环境的二次污染。

利用绿色化学技术处理白色污染和矿山废弃物，可以做到有效的生物降解。

矿山废弃物是在矿山开采中造成的，大多为开采完后的废矿和尾矿，这些矿要是得不到合理有效的利用，就会造成环境污染。

运用绿色化学技术可以提高资源的利用率，减少环境污染。

３　在环境污染治理中运用绿色化学技术应该注意的
问题
在运用绿色化学技术时需要提前考虑技术成本、利用的效果、可执行性和国家标准规定等，如果这些因素考虑不周全，绿色化学技术在环境治理过程中得不到合理的利用，影响环境的治理。

因此在绿色化学技术实际运用过程中，要提前做好检测评估，对环境监测的各项指标控制好，使绿色化学技术得到更
好的有效的运用。

参考文献
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北农业大学学报，１９９６，２７（４）：４０６－４１３．［２］沈　洪．世界生物技术发展趋向［Ｊ］．决策与信息，１９９８（５）：
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优化环境污染治理的探讨［Ｊ］．山东化工，２０１９，４８（３）：１６４，１７３．檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰殕
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３７１·常宸玮，等：煤矿喷雾降尘用新型润湿剂优选复配基础试剂的实验。