山东科技大学李琳副教授团队以壬基酚聚氧乙烯醚(NP-10)为浮选促进剂，研究其在低阶煤泥表面的吸附特性及机理，并研究不同价态阳离子无机盐(Na+、Ca2+、Al3+)对其机理的影响，揭示表面活性剂对低阶煤泥表面吸附改性特征和浮选机理，实现低阶煤泥的高效分选。

作者

王梦霞1，车晓宇1，吕梦璇1，李琳1，张庆建2

作者单位

1.山东科技大学化学与环境工程学院；

2.山东出入境检验检疫局检验检疫技术中心

摘要

　针对低阶煤表面含氧官能团多、亲水性强、可浮性差等问题，采用非离子型表面活性剂——壬基酚聚氧乙烯醚(NP-10)和无机盐(NaCl、CaCl2、AlCl3)对低阶煤泥表面进行吸附改性研究，分析其协同改性行为。

吸附试验表明，NP-10在低阶煤泥表面的平衡吸附量随着其浓度增加逐渐升高，达到一定值后趋于稳定，吸附符合Langmuir等温吸附模型。吉布斯自由能(ΔG)和标准吸附焓(ΔH)为负值，说明该吸附过程为放热且自发过程，吉布斯自由能(ΔG)随温度升高逐渐减小，说明温度的升高能促进吸附过程。

吸附动力学研究表明，准二级动力学方程适合描述NP-10在低阶煤泥表面的吸附动力学机制。Na+、Ca2+、Al3+三种离子能促进低阶煤泥对NP-10的吸附，其中Al3+的促进效果最好，Ca2+次之，最后为Na+。

X射线光电子能谱(XPS)试验表明，低阶煤泥表面吸附NP-10后，煤泥表面碳元素含量显著增高，氧元素含量明显降低，说明NP-10的亲水基与低阶煤泥表面的含氧官能团结合，实现了对煤泥表面含氧官能团的有效覆盖，提高了低阶煤泥的疏水性。Na+、Ca2+、Al3+三种阳离子电解质的加入，使低阶煤泥表面的氧元素含量分别降低了5.79%、6.77%、7.42%，含氧官能团含量进一步减少，尤其对C—O官能团影响最为显著。3种阳离子电解质都能促进低阶煤泥对壬基酚聚氧乙烯醚(NP-10)的吸附，促进效果为Al3+>Ca2+>Na+。

文中插图

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图1 煤样的FTIR谱图

图2 非离子型表面活性剂NP-10的分子结构式

图3 不同温度下NP-10在低阶煤泥表面的吸附等温线

图4 Langmuir吸附方程的拟合曲线

图5 Freundlich吸附方程的拟合曲线

图6 准一级动力学拟合曲线

图7 准二级动力学拟合曲线

图8 煤样表面的XPS宽程扫描

图9 煤样表面的Cls分峰拟合谱图

结论

1）以非离子型表面活性剂——壬基酚聚氧乙烯醚(NP-10)为促进剂，大柳塔煤泥为试验样品进行试验研究。通过吸附试验和傅里叶红外光谱仪(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、Zeta电位等检测手段探讨其促进机理，并深入研究了不同价态无机盐阳离子(Na+、Ca2+、Al3+)对其机理的影响。

2）吸附试验和吸附动力学试验表明，NP-10在大柳塔表面的吸附符合Langmuir吸附和准二级动力学吸附模型。通过吸附热力学研究可知，不同温度下NP-10的吉布斯自由能ΔG均小于-40 kJ/mol，说明该过程可自发进行；且ΔG随着温度升高逐渐降低，说明升高温度能促进吸附过程；吸附的焓变ΔH<0，说明吸附为放热过程；电解质的加入能强化吸附过程，其中Al3+的强化效果最好，其次为Ca2+，最后为Na+。

3）XPS结果表明，吸附NP-10后，煤泥表面C元素含量显著增高，O元素含量明显降低，说明NP-10通过含氧官能团吸附在低阶煤泥表面，其疏水基(烷烃基)伸展在水溶液中，增强了低阶煤泥的疏水性；Na+、Ca2+、Al3+加入后，低阶煤泥表面的含氧官能团含量进一步减少，尤其对C—O官能团影响最为显著，说明3种阳离子都能够促进低阶煤泥表面对NP-10的吸附，提高其疏水性，对NP-10吸附促进作用的顺序为Al3+>Ca2+>Na+。

引文格式

王梦霞，车晓宇，吕梦璇，等.无机盐与表面活性剂在低阶煤表面的协同吸附[J].洁净煤技术，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.

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