Page 118 - 《精细化工》2020年第12期

·2480· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 37 卷

ρ e 为煤粒吸附平衡后分散剂的质量浓度，mg/L；k 由图 11 可知，榆林原煤与水的接触角是 79°，
为 Freundlich 吸附常数；b 为 Langmuir 吸附常数；n 吸附分散剂 PASD 后，煤/水表面接触角减小至 65°；
为吸附常数。 而使用含有羧酸单体的 PASAD、PASID 可使煤粒表
面与水的接触角分别降至 48°、34°。由此可见，羧
酸单体的引入能够显著改善煤水界面的润湿性，降
低煤粒表面自由能，且含有两个羧基的 PASID 效果
更为明显。
2.10 水煤浆的稳定性
3 种分散剂对水煤浆稳定性指数（TSI）的影响，
见图 12。

图 10 分散剂在煤表面的等温吸附曲线
Fig. 10 Adsorption isotherm curves of dispersant on coal

表 4 等温吸附曲线拟合参数
Table 4 Isothermal adsorption curve fitting parameters
Langmuir 方程 Freundlich 方程
分散剂
Γ∞/( mg/g) b R 2 k n R
2
图 12 不同分散剂对水煤浆稳定性指数的影响
PASD 1.74 0.0118 0.9773 0.22 3.28 0.7647 Fig. 12 Effect of different dispersants on stability index of coal
PASAD 2.24 0.0127 0.9959 0.35 3.69 0.8220 water slurry

PASID 3.23 0.0168 0.9944 0.37 3.19 0.8400
由图 12 可知，原煤静置 5 h 后 TSI 为 0.61，其
稳定性较差。使用 PASD，静置 5 h 后，水煤浆 TSI
2
由表 4 可知，Langmuir 方程拟合相关系数 R >
为 0.46，使用 PASAD、PASID，TSI 分别降低至 0.32
0.97，相关性较高，均大于 Freundlich 等温吸附模型
和 0.29，水煤浆的稳定性均提高。这是由于 PASAD、
拟合相关系数，说明 3 种分散剂在煤粒表面均为单
分子层吸附 [15] 。对比 3 种分散剂在煤粒表面的饱和 PASID 分子中的疏水主链段与煤粒表面非极性部分
–
吸附，COO 与煤表面正电荷吸附，阳离子基团与负
吸附量 Γ∞发现，PASAD、PASID 的饱和吸附量均大
–
电荷区相结合，侧链的 SO 3 伸向水端，吸附作用增
于 PASD 的饱和吸附量，且 PASID 在煤表面的吸附
强，同时亲水性的聚醚大单体在煤粒间的空间位阻
量最大，可达到 3.23 mg/g，吸附能力更强。
作用，使浆体的稳定性增强。
2.9 分散剂在煤表面的接触角
2.11 吸附/分散机理
通过接触角测量仪测量榆林煤吸附不同分散剂
PASAD 与煤粒在水中的吸附/分散机理见图
前后煤/水表面的接触角，结果见图 11。
13。煤粒表面大部分为非极性表面，是疏水的，且
PASAD 中的苯环结构与煤结构中的稠环芳烃结构
相似，所以 PASAD 的碳碳主链、苯环与煤粒表面
的疏水区域通过疏水作用相吸附。煤颗粒表面非常
复杂，既有带负电的区域，如—OH、—COOH 等 [16] ；
2+
2+
也有带正电的区域，如 Ca 、Mg 等 [17] ，但总体上
–
煤粒是带负电性的。COO 与金属离子的结合能力强
–
–
于 SO 3 ，所以主要是 COO 与煤表面的金属阳离子螯
–
–
–
合力吸附；SO 3 比 COO 的亲水性更强，所以 SO 3 伸

[4]
向水中，使煤表面具有亲水性，增大了电负性 。
图 11 榆林煤吸附不同分散剂前后的煤/水表面接触角
Fig. 11 Surface contact angle of coal water before and after 因此，PASAD 分子中的羧酸根与煤粒表面的金属阳
Yulin coal adsorbing different dispersants 离子产生螯合吸附，这种作用很稳定；同时，PASAD