山東科技大學李琳副教授團隊以壬基酚聚氧乙烯醚(NP-10)為浮選促進劑，研究其在低階煤泥表面的吸附特性及機理，並研究不同價態陽離子無機鹽(Na+、Ca2+、Al3+)對其機理的影響，揭示表面活性劑對低階煤泥表面吸附改性特徵和浮選機理，實現低階煤泥的高效分選。
作者
王夢霞1，車曉宇1，呂夢璇1，李 琳1，張慶建2
作者單位
1.山東科技大學 化學與環境工程學院；
2.山東出入境檢驗檢疫局 檢驗檢疫技術中心
摘 要
針對低階煤表面含氧官能團多、親水性強、可浮性差等問題，採用非離子型表面活性劑——壬基酚聚氧乙烯醚(NP-10)和無機鹽(NaCl、CaCl2、AlCl3)對低階煤泥表面進行吸附改性研究，分析其協同改性行為。
吸附試驗表明，NP-10在低階煤泥表面的平衡吸附量隨著其濃度增加逐漸升高，達到一定值後趨於穩定，吸附符合Langmuir等溫吸附模型。吉布斯自由能(ΔG)和標準吸附焓(ΔH)為負值，說明該吸附過程為放熱且自發過程，吉布斯自由能(ΔG)隨溫度升高逐漸減小，說明溫度的升高能促進吸附過程。
吸附動力學研究表明，準二級動力學方程適合描述NP-10在低階煤泥表面的吸附動力學機制。Na+、Ca2+、Al3+三種離子能促進低階煤泥對NP-10的吸附，其中Al3+的促進效果最好，Ca2+次之，最後為Na+。
X射線光電子能譜(XPS)試驗表明，低階煤泥表面吸附NP-10後，煤泥表面碳元素含量顯著增高，氧元素含量明顯降低，說明NP-10的親水基與低階煤泥表面的含氧官能團結合，實現了對煤泥表面含氧官能團的有效覆蓋，提高了低階煤泥的疏水性。Na+、Ca2+、Al3+三種陽離子電解質的加入，使低階煤泥表面的氧元素含量分別降低了5.79%、6.77%、7.42%，含氧官能團含量進一步減少，尤其對C—O官能團影響最為顯著。3種陽離子電解質都能促進低階煤泥對壬基酚聚氧乙烯醚(NP-10)的吸附，促進效果為Al3+>Ca2+>Na+。
文中插圖
圖1 煤樣的FTIR譜圖
圖2 非離子型表面活性劑NP-10的分子結構式
圖3 不同溫度下NP-10在低階煤泥表面的吸附等溫線
圖4 Langmuir吸附方程的擬合曲線
圖5 Freundlich吸附方程的擬合曲線
圖6 準一級動力學擬合曲線
圖7 準二級動力學擬合曲線
圖8 煤樣表面的XPS寬程掃描
圖9 煤樣表面的Cls分峰擬合譜圖
結 論
1）以非離子型表面活性劑——壬基酚聚氧乙烯醚(NP-10)為促進劑，大柳塔煤泥為試驗樣品進行試驗研究。通過吸附試驗和傅里葉紅外光譜儀(FTIR)、X射線光電子能譜(XPS)、Zeta電位等檢測手段探討其促進機理，並深入研究了不同價態無機鹽陽離子(Na+、Ca2+、Al3+)對其機理的影響。
2）吸附試驗和吸附動力學試驗表明，NP-10在大柳塔表面的吸附符合Langmuir吸附和準二級動力學吸附模型。通過吸附熱力學研究可知，不同溫度下NP-10的吉布斯自由能ΔG均小於-40 kJ/mol，說明該過程可自發進行；且ΔG隨著溫度升高逐漸降低，說明升高溫度能促進吸附過程；吸附的焓變ΔH<0，說明吸附為放熱過程；電解質的加入能強化吸附過程，其中Al3+的強化效果最好，其次為Ca2+，最後為Na+。
3）XPS結果表明，吸附NP-10後，煤泥表面C元素含量顯著增高，O元素含量明顯降低，說明NP-10通過含氧官能團吸附在低階煤泥表面，其疏水基(烷烴基)伸展在水溶液中，增強了低階煤泥的疏水性；Na+、Ca2+、Al3+加入後，低階煤泥表面的含氧官能團含量進一步減少，尤其對C—O官能團影響最為顯著，說明3種陽離子都能夠促進低階煤泥表面對NP-10的吸附，提高其疏水性，對NP-10吸附促進作用的順序為Al3+>Ca2+>Na+。
引文格式
王夢霞，車曉宇，呂夢璇，等.無機鹽與表面活性劑在低階煤表面的協同吸附[J].潔淨煤技術，2019，25(1):77-85.
WANG Mengxia,CHE Xiaoyu,LYU Mengxuan,et al.Synergistic adsorption of inorganic salt and surfactants on the surface of low rank coal[J].Clean Coal Technology，2019，25(1):77-85.
http://jjmjs.9ifl.cn/arttype/23.html
聯繫我們：
電話：010-84262927
網址：www.jjmjs.com.cn
閱讀更多 潔淨煤技術編輯部 的文章
