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1、第24卷第1期煤炭转化Vol.24No.12001年1月COALCONVERSIONJan.2001X煤的表面处理及润湿性研究1)2)3)3)4)牛蓉卢建军李凡朱素渝谢克昌摘要煤炭是一种具有大分子网状结构的有机岩石,表面润湿性是其工业应用的重要物性参数.通过原煤及分别经过偶联剂和烷基化处理的煤样表面润湿性的测定,对煤表面润湿性进行了初步研究.结果表明,分别经过偶联剂处理和烷基化处理的煤样,其润湿性有一定程度的改善,使煤样表面发生了改性,烷基化反应后煤样的红外测试结果也证明了这一点.关键词煤,润湿性,偶联剂,烷基化中图分类号T
2、Q531,TQ423.91酯偶联剂.单烷氧基型钛酸酯偶联剂的通式为0引言OROTi[OCR′]3,式中R和R′分别代将具有有机结构的煤粉作为填料加入塑料中生表短碳链基烷烃和长碳链基烷烃,RO为钛酸酯与产新型煤基材料,这是煤洁净化利用的一种新思路.矿物进行化学结合的官能团.但由于煤分子结构较复杂,原煤与塑料结合力较差,一般认为,钛酸酯偶联剂是通过与矿物表面羟需对煤粉表面进行改性处理,使其表面生成一些支[2,3]基之间形成化学键的方式进行吸附反应的.研究链,易与塑料分子缠绕,增强与塑料的结合力,提还表明,钛酸酯偶联剂在矿物表面上
3、的吸附属单分高煤基材料的性能.本文主要研究了对煤粉进行表[3]子层的化学吸附.面化学改性及煤的表面润湿性.表面化学改性通过表面改性剂与颗粒表面进行化学反应或化学吸附的1.2烷基化反应机理方式完成.本文研究了两种表面化学改性方法,偶对煤进行表面烷基化处理也是一种表面化学改联剂处理和烷基化反应.性方法.煤在化学和物理上是非均相的岩石,其有1煤粉表面化学改性机理及表面润湿机组分为复杂的大分子网络状结构,分子间通过强性测试机理的氢键和范德华力等连接.通过烷基化反应,能在温和条件下打开煤芳香大分子间强烈的氢键作用,1.1偶联剂处理反应
4、机理削弱范德华力,但对煤结构破坏却很小.煤的烷基化即在煤的结构上引入烷基的反应.偶联剂是最常用的表面改性剂.偶联剂是两性本烷基化实验所采用的为酸催化条件下的C-烷基结构物质,分子中的一部分基团可与矿物表面的各化反应.该烷基化反应实质是芳香烃的Friedel-种官能团反应,形成强有力的化学键合.另一部分Crafts反应.即芳香烃在催化剂作用下,苯核上的氢基团与有机高分子发生化学反应或物理缠绕,从而[4]被烷基取代的过程.将矿物与有机基体两种性质差异很大的材料牢固结ArH+RXAr-R+HX[1]合在一起.本实验所用偶联剂为单烷
5、氧基型钛酸X国家自然科学基金资助项目(59773005)、山西省自然科学基金资助项目(980014).1)硕士研究生;2)博士生;3)教授;4)教授、博士生导师,太原理工大学山西省煤科学与技术重点实验室,030024太原收稿日期:2000-11-16第1期牛蓉等煤的表面处理及润湿性研究45该反应常采用的催化剂分为路易斯酸(AlCl3,2.1润湿性测试中原煤样的制备FeCl3和ZnCl2等)和质子酸(HCl和H2SO4等).常用烷基化剂有卤代烃、烯烃和醇等.该反应的历程阳城无烟煤、神木肥煤和东山贫瘦煤原煤样经属于芳香环上的亲电
6、取代反应.烷基化剂和催化剂气流粉碎机粉碎后分成三种不同粒度(分别为10+形成过渡络合物,或形成C离子,进攻芳香化合物Lm,5Lm和2Lm)的煤样,烘干除去水分待用.三[5]的大P键,形成烷基化煤.种原煤的工业分析数据见表1.表1阳城无烟煤和神木肥煤以及东山贫瘦煤1.3煤粉表面润湿性测试机理三种原煤的工业分析数据矿物表面润湿性的直接表征方式是界面接触*)Table1Proximateanalysisofthreeoriginalcoals(%的,改性粉体在极性液体中的接触角越大,在非极SampleMadAdVdaf性液体中的接
7、触角越小,说明粉体颗粒表面疏水性Yangcheng2.9529.4926.948越强,改性效果越好.比较接触角的大小,便可对Shenmu0.4585.14032.840[1]Dongshan0.9319.32115.039改性效果作出评价.*Percentofweight.矿物粉体接触角的测量难度较大,迄今尚无一公认的准确的标准测量方法.这不仅是由于接触角2.2偶联剂处理后煤样的制备滞后现象的存在以及影响接触角的因素繁多,而且阳城无烟煤、神木肥煤和东山贫瘦煤原煤中加是由于测试条件的难以完全重复性及粉末接触角测[6]入总含量为
8、2%(重量比)的钛酸酯偶联剂,用球磨定的间接性.矿物粉体接触角的测定,比较实用的[1]机充分混合反应,反应进行完全后烘干待用.方法主要有两种:(1)压片直接测量法.即将矿物粉体在固定条件下压制成可被测量的固体片或块,2.3烷基化煤样的制备在接触角测量仪上直接测量;(2)润湿平衡高度法.用十
