浮选捕收剂分子与煤炭表面微观黏附作用

作     者：夏阳超 桂夏辉 邢耀文 曹亦俊 XIA Yangchao;GUI Xiahui;XING Yaowen;CAO Yijun

作者机构：中国矿业大学国家煤加工与洁净化工程技术研究中心江苏徐州221116 郑州大学化工学院河南郑州450000 

基　　金：江苏省自然科学基金资助项目(BK20210505) 国家自然科学基金资助项目(52104278) 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2022年第47卷第12期

页      码：4526-4534页

摘      要：浮选油性捕收剂的使用是实现煤炭高效浮选分离回收的重要途径,然而从微观层面直接测试捕收剂分子与煤炭表面的黏附作用的研究目前鲜有报到。本研究采用原子力显微镜单分子力谱测试(AFM-SMFS)、DLVO/EDLVO理论及密度泛函理论(DFT)计算,分析了非极性烷基捕收剂/极性羧基捕收剂在低阶煤/高阶煤表面的黏/脱附力学及界面吸附行为。在亲水表面,RCH_(3)探针在接近过程中始终表现为排斥作用,而RCOOH改性探针与表面有微弱的跳入黏附现象,在远离过程中RCOOH探针产生的脱附力大于RCH_(3)探针产生的脱附力,表明极性羧基捕收剂与亲水表面黏附较牢固。DLVO理论可以拟合亲水体系力曲线,范德华力为引力作用,静电斥力支配相互作用过程。在疏水表面,RCH_(3)及RCOOH探针在接近过程中均先出现排斥作用再发生跳入黏附,在远离过程中RCH_(3)探针产生的脱附力大于RCOOH探针产生的脱附力,表明非极性烷基捕收剂与疏水表面黏附牢固。EDLVO理论可以拟合疏水体系力曲线,静电力始终为排斥力,疏水力始终为引力作用,衰减长度是决定疏水力大小的核心参数,RCH_(3)与疏水表面间的衰减长度明显大于RCOOH与疏水表面间的衰减长度。DFT计算发现低阶煤分子具有静电势极值点,可与具有静电势极值点的极性羧基捕收剂通过氢键等作用发生黏附,而非极性烷基捕收剂只能通过疏水烃链吸附在低阶煤的芳香结构上。非极性烷基捕收剂不能覆盖低阶煤的含氧位点,而极性羧基捕收剂可以覆盖低阶煤的含氧位点。高阶煤表面强疏水特性导致非极性烷基捕收剂极易吸附在其表面,而具有负静电势极值点的极性羧基捕收剂不易吸附。研究结果从微纳尺度明晰了典型捕收剂分子在煤炭表面上的微观界面黏附作用,可为浮选捕收剂的筛选设计提供理论借鉴。

主 题 词：煤炭 浮选捕收剂 单分子力谱测试 黏附 

学科分类：081902[081902] 0819[工学-海洋工程类] 08[工学] 

核心收录：

D　O　I：10.13225/j.cnki.jccs.2022.1369

馆 藏 号：203118127...