聚苯乙烯纳米粒子作为浮选捕收剂的试验研究及机理分析

发布时间：2017-05-25 01:03

  本文关键词：聚苯乙烯纳米粒子作为浮选捕收剂的试验研究及机理分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：浮选是实现煤炭有效分选的重要途径,也是实现煤泥高效清洁利用的前提,广泛应用于煤泥的分选过程。我国优质煤炭资源的减少,微细粒煤泥的增多,入选原煤可浮性的下降,化石资源的紧缺等等多种因素致使传统烃类油捕收剂在浮选过程中难以获得理想的效果。对浮选药剂不断进行改进,开发探索合适的浮选药剂,对于优化浮选工业流程、降低能量耗损、高效高质发展都有着重要的意义。合理的选择浮选药剂,实现浮选效率和选择性的同步提高,正是目前学者们探索的方向。通过乳液聚合的方法制备出两种聚苯乙烯纳米乳液,阳离子型聚苯乙烯纳米粒子St-01-61和阴离子型聚苯乙烯纳米粒子St-02-53,将其作为浮选捕收剂用于三种不同变质程度煤泥的浮选,并与煤油进行了浮选效果对比分析。利用EDLVO理论对聚苯乙烯纳米粒子和煤粒的作用形式进行了计算分析;对煤油、乳液作用前后的煤样进行了接触角测量,探讨纳米粒子的吸附对煤表面粗糙度和疏水性的改变以及表面能的影响;利用扫描电镜对纳米粒子浮选所得产品进行了表征,讨论分析了纳米粒子用作浮选捕收剂与煤样之间的作用机理。本文为新型煤炭浮选捕收剂的开发和设计提供了新思路,开拓定向设计与合成的新领域。本文主要结论如下:1.聚苯乙烯纳米粒子乳液作为捕收剂是完全可行的,其具有较好的捕收性和选择性,对试验所用的三种煤样都适用,但是其具体浮选效果与煤样的性质密切相关。阳离子型St-01-61捕收剂浮选效果要优于阴离子型St-02-53乳液捕收剂。2.在浮选体系中,阳离子型聚苯乙烯纳米粒子、阴离子型聚苯乙烯纳米粒子和煤粒之间的EDLVO总作用势能均为负值,表明两种聚苯乙烯纳米粒子能够吸附在煤粒表面。比较DLVO以及EDLVO势能曲线可知,疏水作用力在吸附之中起到了支配性的作用。在煤颗粒和聚苯乙烯纳米粒子之间的间距小于25nm之后,疏水作用力随着间距的减小迅速增大,促成了聚苯乙烯纳米粒子在水中与煤颗粒的吸附。带正电的阳离子型聚苯乙烯纳米粒子更容易吸附到煤粒表面。3.经过捕收剂处理的煤样,接触角与原煤样相比都变大,疏水性增强。基于接触角对煤处理前后的表面进行了计算,表明捕收剂在煤表面的吸附降低了煤的表面能,特别是阳离子型聚苯乙烯纳米粒子St-01-61的吸附降低煤表面能最多。煤表面能的降低一方面使得疏水性更强,另一方面使得煤粒更容易吸附到气泡表面,形成气泡-煤粒集合体,促进浮选过程。4.润湿热的测量结果显示,纳米粒子在煤粒表面的吸附使得煤粒与煤油润湿时放出更多的热量,即煤粒疏水性更强,阳离子型St-01-61相比较于阴离子St-02-53而言,吸附在煤表面对煤润湿热的影响更大。5.扫描电镜测量结果显示,聚苯乙烯纳米粒子吸附在煤粒表面。纳米粒子的作用方式区别于传统油类捕收剂:传统烃类油捕收剂在煤表面形成疏水性油膜从而提高煤可浮性的浮选机理,而聚苯乙烯纳米粒子则是在煤表面构建了表面粗糙结构,从而增大煤粒表面疏水性,实现分选过程,达到浮选的目的。
【关键词】：煤泥浮选 聚苯乙烯 纳米粒子乳液 EDLVO理论 表面能 扫描电镜
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD923.1;TB383.1
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 课题研究背景和意义10-12
• 1.2 煤用浮选捕收剂的现状及发展12-17
• 1.2.1 烃类油捕收剂13
• 1.2.2 乳化类捕收剂13-14
• 1.2.3 油类替代品捕收剂14-15
• 1.2.4 复配型捕收剂15-16
• 1.2.5 生物类捕收剂16-17
• 1.3 纳米粒子浮选相关应用现状17-18
• 1.4 课题的研究目标和主要内容18-19
• 参考文献19-24
• 第二章 纳米粒子作为浮选捕收剂的理论基础24-38
• 2.1 浮选本质过程24-26
• 2.1.1 碰撞24-25
• 2.1.2 粘着25-26
• 2.1.3 脱落26
• 2.2 接触角对于浮选的影响26-28
• 2.3 纳米粒子的粘附对疏水性的影响28-30
• 2.3.1 对疏水性的影响28-29
• 2.3.2 纳米粒子粘附动力学29-30
• 2.4 表面粗糙度和润湿性的理论模型30-32
• 2.4.1 Young’s模型30-31
• 2.4.2 Wenzel模型31-32
• 2.4.3 Cassie模型32
• 2.5 本章小结32-33
• 参考文献33-38
• 第三章 乳液制备38-48
• 3.1 乳液聚合机理38-40
• 3.2 聚苯乙烯纳米粒子的制备40-46
• 3.2.1 阳离子型聚苯乙烯纳米粒子的制备41-44
• 3.2.2 阴离子型聚苯乙烯纳米乳液的制备44-46
• 3.3 本章小结46-47
• 参考文献47-48
• 第四章 试验煤样与研究方法48-58
• 4.1 试验煤样选取及性质48-53
• 4.1.1 浮选试验用煤样48
• 4.1.2 测试用精煤煤样48
• 4.1.3 煤样性质48-53
• 4.2 试验药剂及设备53-54
• 4.3 试验研究方法54-58
• 4.3.1 煤泥浮选试验54-55
• 4.3.2 接触角测量55-56
• 4.3.3 润湿热测量56-57
• 4.3.4 扫描电镜测量57-58
• 第五章 煤泥浮选试验结果及分析58-68
• 5.1 屯兰煤样浮选试验结果及分析58-61
• 5.1.1 煤油用量试验58
• 5.1.2 阳离子型纳米粒子用量试验58-59
• 5.1.3 阴离子型纳米粒子用量试验59-61
• 5.2 正安煤样浮选试验效果及分析61-64
• 5.2.1 煤油用量试验61
• 5.2.2 阳离子型纳米粒子用量试验61-62
• 5.2.3 阴离子型纳米粒子用量试验62-64
• 5.3 陕西煤样浮选试验结果及分析64-67
• 5.3.1 煤油用量试验64
• 5.3.2 阳离子型纳米粒子用量试验64-65
• 5.3.3 阴离子型纳米粒子用量试验65-67
• 5.4 本章小结67-68
• 第六章 聚苯乙烯纳米粒子浮选增效机理探究68-88
• 6.1 聚苯乙烯纳米粒子和煤粒的作用形式68-72
• 6.1.1 London-Van der Waals能68-69
• 6.1.2 双电层静电作用能69-70
• 6.1.3 疏水作用能70
• 6.1.4 总势能70-72
• 6.2 基于接触角法计算煤的表面能72-79
• 6.2.1 煤的表面能计算模型73-76
• 6.2.2 煤表面能的计算76-79
• 6.3 聚苯乙烯纳米粒子对煤样润湿热的改变79-83
• 6.3.1 润湿类型对润湿热的影响79-80
• 6.3.2 润湿热结果及分析80-83
• 6.4 聚苯乙烯纳米粒子浮选产品扫描电镜测量结果83
• 6.5 本章小结83-84
• 参考文献84-88
• 第七章 结论与展望88-92
• 7.1 主要结论88-89
• 7.2 不足与展望89-92
• 致谢92-94
• 攻读学位期间发表的学术论文94

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