表面活性劑的作用機理及影響

張麗，姜鵬，宋春輝，郭靖怡東北農業大學

表面活性劑的作用機理及影響

張麗，姜鵬，宋春輝，郭靖怡
東北農業大學

摘要：我國燃煤是環境污染的重要來源，其在資源結構中減少了比例，但還在能源中占有重要地位。在眾多發達性國家中已經提升了燃煤選擇技術重視度，運用活性劑去改善污泥的活性以及瓦斯產生水合作用的機理以及影響等，促進煤炭工業的發展，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。由于該物質含有很高的水量，要想減小污泥的體積和運輸成本，就應對其實行脫水相關處理。例如：化學調整與處理是污泥實現改善的重要方式之一，該方法具有較強的機械性，有利于實現機械脫水的處理。因此，需用常見的化學處理方法改善煤炭質量。

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生作用的機理可將其歸結為：其陽離子和煤炭表面“負電荷”會產生“靜電吸附”的現象，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電位，且酯基具有的吸收特征產生了較明顯的位移，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

根據工業試驗可知，選用FeCl3、CaO化合物處理煤炭表面活性污泥，實現了離心處理，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理劑，會保持污泥體積不變，同時還令煤炭實現了脫水處理。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，但實質上在有限用量范圍之內，其活性劑的用量增加會相應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。

由于污泥沉降現象還與其他因素有關，主要體現在煤炭表面上具有的聚合物。例如：蛋白質以及纖維素等，在測試中將蛋白質作為重要的代表。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物質。在固定時間之內，其蛋白質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產生了作用有直接關系。

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節中重要指標，例如：

注水速度、注水量，通過研究發現了在煤炭注水中加入活性劑，能夠改善其注水的效果，且為實現的有效途經之一。將活性劑“R1-89”加入至注水中，其實驗參數如下所示。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，該速度控制與毛細管力、鋪展作用有直接關系。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，達到了鋪張條件令煤炭實現均勻性潤濕目標，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，提升其親水性、潤濕性，進而形成瓦斯“水合物”。

五、結束語

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生的影響分析，主要是選煤、改善活性污泥以及瓦斯產生水合作用等機理。在分析其影響之后表明，其表面活性劑只有與化學物質向結合適應，會發揮出更好的處理煤炭效果。在選煤處理中使用具有優化效果的乳化劑，以此改善其選浮的條件，間接減輕了煤炭細泥對環境造成的影響。其中捕收劑、起泡劑兩者品種、用量間存在相互作用的關系。因此，煤炭在結構、性能上都要求表面活性劑拓寬其應用的領域。

參考文獻：

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作者簡介：

張麗，東北農業大學，漢族，本科；

姜鵬，東北農業大學，漢族，本科；

宋春輝，東北農業大學，漢族，本科；

郭靖怡，東北農業大學，漢族，本科。