Microscopic adhesion between flotation collector molecules and coal surfaces
夏阳超 桂夏辉邢耀文曹亦俊
XIA Yangchao,GUI Xiahui,XING Yaowen,CAO Yijun
中国矿业大学 国家煤加工与洁净化工程技术研究中心郑州大学 化工学院
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,RCH3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 RCH3 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,RCH3 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 RCH3 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,RCH3 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。
煤炭浮选捕收剂单分子力谱测试黏附
coal;flotation collector;single molecule force spectrum;adhesion
主办单位:煤炭科学研究总院有限公司 中国煤炭学会学术期刊工作委员会