基于紅外光譜的煤塵潤(rùn)濕性

程衛(wèi)民,薛 嬌,周 剛,聶 文,劉林勝

(1．山東科技大學(xué)礦山災(zāi)害預(yù)防控制——省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地,山東 青島 266590;2．山東科技大學(xué) 礦業(yè)與安全工程學(xué)院,山東青島 266590;3．兗煤菏澤能化有限公司趙樓煤礦,山東菏澤 274705)

基于紅外光譜的煤塵潤(rùn)濕性

程衛(wèi)民1,2,薛 嬌1,2,周 剛1,2,聶 文1,2,劉林勝3

(1．山東科技大學(xué)礦山災(zāi)害預(yù)防控制——省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地,山東 青島 266590;2．山東科技大學(xué) 礦業(yè)與安全工程學(xué)院,山東青島 266590;3．兗煤菏澤能化有限公司趙樓煤礦,山東菏澤 274705)

為了研究煤塵的微觀潤(rùn)濕特征,取具有代表性的6種煤樣進(jìn)行煤質(zhì)特征分析和液-固界面動(dòng)態(tài)接觸角滴液系統(tǒng)測(cè)定,同時(shí)采用NICOLET-380傅里葉變換紅外光譜儀,對(duì)煤塵表面官能團(tuán)進(jìn)行分析。通過將煤塵潤(rùn)濕接觸角與煤塵表面官能團(tuán)吸收強(qiáng)度建立定量關(guān)系,得到煤塵表面無(wú)機(jī)礦物質(zhì)官能團(tuán)(以灰分和無(wú)機(jī)硅酸鹽為代表)、含氧官能團(tuán)(以芳香羥基為代表)以及有機(jī)大分子結(jié)構(gòu)(以芳環(huán)C—H鍵為代表)對(duì)煤塵潤(rùn)濕性有較大影響,并且和煤塵潤(rùn)濕性接觸角存在對(duì)應(yīng)函數(shù)趨勢(shì),在3 050 cm-1處的紅外透過率與煤塵接觸角角度關(guān)系符合線性關(guān)系,相關(guān)系數(shù)R2=0．917 51;在1 020～1 100 cm-1處煤塵接觸角隨其透過率增加而增加,當(dāng)透過率高于30%時(shí),潤(rùn)濕角度穩(wěn)定居高,此時(shí)相關(guān)系數(shù)R2=0．914 88。當(dāng)煤塵含C量達(dá)到82%以上時(shí),煤塵潤(rùn)濕性表現(xiàn)較差,趨勢(shì)圖相關(guān)系數(shù)R2=0．925 60。

煤塵;潤(rùn)濕性;紅外光譜;接觸角

煤具有不均一性、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)等特點(diǎn),近年來利用FTIR光譜對(duì)煤中官能團(tuán)進(jìn)行定性分辨和定量分析,也已得到了眾多學(xué)者的認(rèn)同[1-5]。但是,將紅外光譜研究所得的煤的結(jié)構(gòu)性質(zhì)用于煤的潤(rùn)濕微觀特征研究,目前多為單元微觀分析,與宏觀潤(rùn)濕表征量多元定量相關(guān)分析相對(duì)較少[6-7],筆者對(duì)我國(guó)有代表性的6種煤塵樣品進(jìn)行了系統(tǒng)的光譜研究,將樣品所得的煤塵表面官能團(tuán)信息與其煤質(zhì)分析和潤(rùn)濕接觸角實(shí)測(cè)結(jié)果相結(jié)合,得出了煤塵潤(rùn)濕角度和官能團(tuán)吸收峰以及煤質(zhì)參數(shù)之間存在相關(guān)關(guān)系,進(jìn)而探討了利用成型-動(dòng)態(tài)接觸角-FTIR綜合實(shí)驗(yàn)進(jìn)行煤塵潤(rùn)濕性定量表征方法,對(duì)研究煤塵潤(rùn)濕趨勢(shì)特性有著重要意義。

1 煤塵特征分析

1.1 煤塵的煤質(zhì)分析

為了分析煤塵的煤質(zhì)特征,實(shí)驗(yàn)采取了山東龍口北皂煤礦褐煤、內(nèi)蒙古鄂爾多斯黃陶勒蓋煤礦長(zhǎng)焰煤、山西朔州井東煤業(yè)氣煤、山東菏澤新巨龍煤礦肥煤、安徽淮北五溝煤礦焦煤和百善煤礦無(wú)煙煤等6種不同地區(qū)不同煤種的煤樣,研磨后過280目標(biāo)準(zhǔn)篩子作為實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行研究。參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 212—2001《煤的工業(yè)分析方法》和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 476—2001《煤的元素分析方法》的CHN/S模式進(jìn)行了煤塵的煤質(zhì)特征研究。表1為6種煤塵的工業(yè)、元素分析結(jié)果。

表1 煤塵的工業(yè)、元素分析Table 1 Industry analysis and elementary analysis of coal dust %

由表1可知,不同煤種之間空氣干燥基水分、灰分、揮發(fā)分及固定碳含量以及干燥無(wú)灰基中各元素含量均不相同,其互相之間以及與樣品煤化程度均存在對(duì)應(yīng)關(guān)系。隨著煤階的增加,揮發(fā)分含量總體逐漸降低,固定碳的含量則不斷升高;水分和灰分隨著地區(qū)不同而出現(xiàn)明顯差異;元素碳含量與固定碳含量成正相關(guān),元素氧含量隨煤階增加總體呈降低趨勢(shì)。

1.2 煤塵的動(dòng)態(tài)接觸角實(shí)驗(yàn)

選用DSA100型光學(xué)法液滴形態(tài)分析系統(tǒng)測(cè)定液體和煤的動(dòng)態(tài)接觸角[8-9]。利用快速拍照,由儀器讀出接觸角的數(shù)值。結(jié)合分析純非離子表面活性劑JFC溶液表面張力實(shí)驗(yàn)結(jié)果,如圖1所示,其臨界膠束濃度(CMC)在0．01%～0．03%,為達(dá)到表面活性劑潤(rùn)濕效果,故實(shí)驗(yàn)選取質(zhì)量分?jǐn)?shù)0．03%的分析純JFC作為潤(rùn)濕溶液,將蒸餾水作為介質(zhì)進(jìn)行動(dòng)態(tài)接觸角潤(rùn)濕實(shí)驗(yàn),如圖2所示。

圖1 表面活性劑JFC溶液表面張力Fig．1 Surface tension test results of the surfactant JFC

根據(jù)圖2對(duì)比分析,由于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．03%時(shí),表面活性劑在溶液中占取比例較大,各礦煤塵潤(rùn)濕性均出現(xiàn)明顯改善[10-13]。6礦中北皂礦煤塵潤(rùn)濕性整體好于其他礦。盡管百善煤礦煤化程度最高無(wú)煙煤種,理論上認(rèn)為表現(xiàn)為疏水性的煤中大分子結(jié)構(gòu)居多,潤(rùn)濕性會(huì)較差,但是由于含有礦物灰分含量居高,起到了提高潤(rùn)濕效果的作用,其潤(rùn)濕性優(yōu)于理論上無(wú)煙煤。因此可見,煤的潤(rùn)濕性不僅與煤的變質(zhì)程度緊密相關(guān),

圖2 質(zhì)量分?jǐn)?shù)0．03%的JFC對(duì)煤塵的潤(rùn)濕接觸角Fig．2 Contact angle of coal dust in a mass concentration of 0．03%of JFC

與其對(duì)應(yīng)的成煤環(huán)境也有重要關(guān)系。

2 煤塵紅外光譜實(shí)驗(yàn)

2.1 紅外光譜實(shí)驗(yàn)儀器

煤具有高分子有機(jī)聚合物結(jié)構(gòu)特征,但沒有統(tǒng)一的聚合單體,其結(jié)構(gòu)可看作由多個(gè)“結(jié)構(gòu)相似”的基本結(jié)構(gòu)單元通過橋鍵連接而成。這些基本結(jié)構(gòu)單元類似于由規(guī)則的結(jié)構(gòu)單元核或芳香核與不規(guī)則的核外圍的官能團(tuán)和烷基側(cè)鏈構(gòu)成的聚合單體,其中含氧官能團(tuán)、烷基側(cè)鏈及煤的大分子內(nèi)部、表面或邊緣的分散礦物質(zhì)等微觀組成對(duì)煤塵潤(rùn)濕性有較大影響。為了探求其間關(guān)系,進(jìn)而摸索一種定量表征煤塵潤(rùn)濕性的方法,本文利用傅里葉紅外光譜對(duì)煤結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析[14-17]。實(shí)驗(yàn)選用NICOLET380紅外光譜儀,測(cè)試范圍4 000～400 cm-1,分辨率4 000 cm-1;樣品掃描次數(shù)32次,背景掃描次數(shù)32次,動(dòng)鏡速度0．632 9 cm/s。為了降低實(shí)驗(yàn)測(cè)定誤差,圖譜采用自動(dòng)校正方法進(jìn)行基線校正。煤塵樣真空干燥12 h后與KBr按1∶150的比例混合,在瑪瑙研缽中研勻,取混合物粉末制成透明薄片置于紅外光譜儀樣品室進(jìn)行測(cè)試。圖3為6種煤塵的FTIR譜圖,可以看出,6種煤塵的譜圖形狀相似,這說明不同煤田的煤塵雖然由于在成因上的差別導(dǎo)致其相應(yīng)波數(shù)對(duì)應(yīng)的特征吸收有所差距,但其結(jié)構(gòu)的基本骨架和基本結(jié)構(gòu)單元是一致的,表明煤塵結(jié)構(gòu)具有相似性特點(diǎn)。

圖3 煤塵的FTIR譜圖Fig．3 FTIR spectrogram of coal dust

2.2 樣品紅外光譜分析

從圖3、表2樣品紅外光譜圖和特征官能團(tuán)的紅外吸收峰中可以發(fā)現(xiàn):低煤化程度的煤(褐煤)含有較多的非芳香結(jié)構(gòu)和含氧基團(tuán),芳香核心較小;中等煤化程度的煙煤(長(zhǎng)焰煤、氣煤和肥煤)的含氧基團(tuán)和烷基側(cè)鏈出現(xiàn)減少,結(jié)構(gòu)單元間的平行定向度有所提高,附在芳香結(jié)構(gòu)上的環(huán)烷基較多,有較強(qiáng)供氫能力,此類煤的許多性質(zhì)在煤化過程中均作為轉(zhuǎn)折點(diǎn)看待;更高煤化程度的煤向高度縮和的石墨化結(jié)構(gòu)發(fā)展,化學(xué)上具有明顯的惰性,在潤(rùn)濕性上也會(huì)表現(xiàn)疏水性。

表2 煤樣特征官能團(tuán)紅外吸收透過率Table 2 FTIR transmission of diagnostic functional groups of coal dust %

其具體分析結(jié)果為

①隨著煤質(zhì)程度升高,在3 800～3 200 cm-1處酚羥基(Ar—OH)在分子間或分子內(nèi)形成締合氫鍵的吸收帶有逐步降低趨勢(shì),說明煤塵中—OH的絕對(duì)含量不斷減少。

②在3 100～3 000 cm-1處是芳環(huán)C—H伸縮振動(dòng)峰,峰的強(qiáng)度是煤的大分子網(wǎng)絡(luò)縮合程度。隨著煤階升高,峰強(qiáng)度由不明顯轉(zhuǎn)而逐漸增大,說明在煤塵結(jié)構(gòu)中,芳香比例與煤階成正相關(guān)關(guān)系。在3 050 cm-1芳環(huán)C—H伸縮處,煙煤和無(wú)煙煤均出現(xiàn)較明顯吸收。

③在3 000～2 800 cm-1處主要集中為脂肪烴類的伸縮振動(dòng)。這一區(qū)間里各礦都表現(xiàn)出不同程度的吸收峰。其中2 920 cm-1和2 850 cm-1附近是脂肪烴中次甲基的不對(duì)稱和對(duì)稱伸縮振動(dòng)。2 950 cm-1吸收峰是脂肪烴—CH3的反對(duì)稱伸縮振動(dòng),該吸收峰與芳香烴C—H吸收峰強(qiáng)度的比值,可以反映煤結(jié)構(gòu)中脂肪烴與芳香烴的比例,即煤塵結(jié)構(gòu)中的芳香率大小。

④在1 610 cm-1附近,部分煤塵均出現(xiàn)較強(qiáng)吸收峰,一般是芳香骨架振動(dòng)的貢獻(xiàn)[18-20]。1 300～1 000 cm-1處主要為C—O伸縮振動(dòng)區(qū)域,主要是芳香族和乙烯醚的非對(duì)稱伸縮和脂肪族和環(huán)醚的伸縮振動(dòng)。由圖3可知,隨著煤階增加,該波數(shù)范圍下醚鍵的吸收帶加寬而且強(qiáng)度迅速降低。

⑤各礦樣品在1 020～1 100 cm-1處石英的Si—O—Si反對(duì)稱伸縮振動(dòng)處均表現(xiàn)出較強(qiáng)的吸收峰,說明無(wú)機(jī)礦物硅酸鹽基團(tuán)在煤塵表面官能團(tuán)中也起著重要作用。

⑥在880 cm-1單氫被取代的苯環(huán)處,煙煤和無(wú)煙煤表現(xiàn)出明顯的吸收峰,褐煤則沒有明顯吸收帶,這與3 050 cm-1芳環(huán)C—H伸縮處相統(tǒng)一。720 cm-1附近的吸收帶主要反映的是CH2基的平面內(nèi)搖擺振動(dòng)吸收帶,這一吸收帶強(qiáng)度與分子鏈上連續(xù)相接的CH2基團(tuán)數(shù)目成正比,即不同煤種亞甲基鏈的長(zhǎng)度可以通過比較不同煤塵中的CH2吸收峰強(qiáng)度來判斷。由圖3可知亞甲基鏈長(zhǎng)度隨著煤階升高逐漸降低,說明煤化程度越低的煤,其CH2橋所處的化學(xué)環(huán)境極性就越強(qiáng),在與H2O接觸時(shí)作用力越大,越易被水潤(rùn)濕。筆者發(fā)現(xiàn)煤塵潤(rùn)濕性鑒別中,Si—O—Si礦物基團(tuán)和方向羥基為代表的含氧官能團(tuán)的振動(dòng)很大程度上決定煤塵的親水性,這與之前相關(guān)文獻(xiàn)相一致[15],而在3 100～3 000 cm-1處芳環(huán)的C—H振動(dòng),即煤的大分子網(wǎng)絡(luò)縮合程度很大程度上決定了煤塵的疏水性。

3 煤塵潤(rùn)濕性和煤塵表面官能團(tuán)的定量關(guān)聯(lián)分析

3.1 煤塵潤(rùn)濕性與親、疏水基團(tuán)定量關(guān)聯(lián)分析

將上述煤塵潤(rùn)濕性數(shù)據(jù)(利用0．03%的JFC在蒸餾水介質(zhì)中的接觸角數(shù)據(jù))與煤塵的表面官能團(tuán)的吸收透過率以及煤質(zhì)分析參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合,發(fā)現(xiàn)煤塵接觸角和許多振動(dòng)透過率及煤質(zhì)分析參數(shù)之間存在相關(guān)關(guān)系,特別發(fā)現(xiàn)煤塵在3 050 cm-1處芳環(huán)C—H伸縮振動(dòng)和煤塵接觸角相關(guān)性符合線性關(guān)系,其在3 050 cm-1處的吸收透過率與接觸角值間的相關(guān)關(guān)系為

其中,y為煤塵接觸角角度;x為紅外3 050 cm-1處的吸收透過率;相關(guān)系數(shù)R2=0．917 51,其相關(guān)關(guān)系如圖4所示。

圖4 質(zhì)量分?jǐn)?shù)0．03%JFC溶液的煤樣接觸角與3 050 cm-1處吸收透過率趨勢(shì)Fig．4 Trend chart of contact angle of coal dust in a mass concentration of 0．03%of JFC with FTIR transmission in 3 050 cm-1

煤塵在1 020～1 100 cm-1石英的Si—O—Si反對(duì)稱伸縮振動(dòng)相關(guān)性較高,其相關(guān)關(guān)系為

其中,x為1 020～1 100 cm-1處石英的Si—O—Si反對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收透過率;相關(guān)系數(shù)R2=0．914 88,其相關(guān)關(guān)系如圖5所示。

由圖4,5可以看出,不同的礦煤塵在3 050 cm-1處接觸角隨透過率增加而增加,呈線性關(guān)系趨勢(shì),其中透過率越小,煤塵接觸角角度偏小,此時(shí)潤(rùn)濕性相對(duì)較好;而1 020～1 100 cm-1處煤塵接觸角隨其透過率增加而增加,當(dāng)透過率高于30%時(shí),潤(rùn)濕角度穩(wěn)定居高,即此時(shí)潤(rùn)濕性相對(duì)較差。由于碳元素與煤中碳縮合大分子結(jié)構(gòu)關(guān)系密切,在煤塵潤(rùn)濕性上也會(huì)表現(xiàn)出較明顯疏水特性,由質(zhì)量分?jǐn)?shù)0．03%JFC溶液的接觸角與碳元素含量趨勢(shì)圖(圖6)可知,其相關(guān)關(guān)系符合:

圖5 質(zhì)量分?jǐn)?shù)0．03%JFC溶液的煤樣接觸角與1 020～1 100 cm-1處吸收透過率趨勢(shì)Fig．5 Trend chart of contact angle of coal dust in a mass concentration of 0．03%of JFC with FTIR transmission in 1 020-1 100 cm-1

其中,X為煤塵碳元素含量;相關(guān)系數(shù)R2=0．925 60。當(dāng)煤塵碳元素含量高于82%時(shí),煤塵潤(rùn)濕接觸角較大,此時(shí)潤(rùn)濕性表現(xiàn)較差。

3.2 煤塵潤(rùn)濕性多元回歸相關(guān)性分析

根據(jù)以上相關(guān)性分析,采用SPSS軟件,將6礦煤塵在質(zhì)量分?jǐn)?shù)0．03%JFC溶液接觸角與多種潤(rùn)濕性影響因素進(jìn)行相關(guān)及偏相關(guān)性分析,表3為SPSS軟件所得相關(guān)性分析結(jié)果。

圖6 質(zhì)量分?jǐn)?shù)0．03%JFC溶液的煤樣接觸角與C元素含量趨勢(shì)Fig．6 Trend chart of contact angle of coal dust in a mass concentration of 0．03%of JFC with content of carbon

從表3可看出,灰分含量對(duì)煤塵潤(rùn)濕接觸角影響最大,呈負(fù)相關(guān),二者不相關(guān)的假設(shè)檢驗(yàn)值為0．022,否定該假設(shè),即二者是相關(guān)的。其次是芳環(huán)振動(dòng)、石英紅外透過率以及碳元素含量,相關(guān)系數(shù)均超過0．7,而固定碳含量和芳香羥基紅外也起了一定影響。將部分影響因素變量控制做一階偏相關(guān)分析,見表4。

表3 煤樣潤(rùn)濕性影響因素關(guān)聯(lián)度Table 3 Influencing factor of wettability of correlation degree of coal dust

表4 接觸角影響因素偏相關(guān)分析Table 4 Partial correlation analysis of influencing factor

由表4可得,在將其他元素作為控制變量的前提下,灰分含量和煤塵接觸角的相關(guān)性較高,偏相關(guān)值為0．809;將固定碳、碳元素含量以及芳環(huán)紅外作為控制變量時(shí),接觸角與灰分和石英紅外透過率相關(guān)性較高;將石英和灰分含量作為控制變量時(shí),固定碳和碳元素含量與接觸角相關(guān)性相對(duì)較小,而芳環(huán)紅外透過率相關(guān)性則較大,偏相關(guān)值為0．847。由此可得空氣干燥基灰分含量、3 050 cm-1處芳環(huán)C—H伸縮振動(dòng)透過率、1 020～1 100 cm-1石英的Si—O—Si反對(duì)稱伸縮振動(dòng)透過率與煤塵潤(rùn)濕接觸角相關(guān)性較大,可以通過三者數(shù)值定量確定煤塵潤(rùn)濕接觸角,從而定量表征煤塵親水性大小。

綜上所述,煤塵中礦物成分(以灰分含量和石英紅外振動(dòng)為代表無(wú)機(jī)親水組成)和煤塵的表面官能團(tuán)(以芳香羥基為代表的有機(jī)親水組成)以及有機(jī)大分子結(jié)構(gòu)(以芳環(huán)C—H伸縮振動(dòng)和碳元素含量為代表的相對(duì)疏水組成),在煤塵潤(rùn)濕性上均起到了重要作用。

4 結(jié) 論

(1)在影響煤潤(rùn)濕性的微觀基團(tuán)中,3 050 cm-1芳環(huán)C—H伸縮振動(dòng),1 020～1 100 cm-1石英的Si—O—Si反對(duì)稱伸縮振動(dòng),芳環(huán)大分子振動(dòng)均起到較大作用。

(2)由于不同地區(qū)成煤環(huán)境差異導(dǎo)致無(wú)機(jī)礦物含量出現(xiàn)差異的影響,煤的潤(rùn)濕性隨煤種變化規(guī)律會(huì)出現(xiàn)與理論規(guī)律有差異的現(xiàn)象。

(3)在煤塵潤(rùn)濕性定量分析中,煤塵在3 050 cm-1處的透過率與煤塵接觸角角度線性相關(guān),存在關(guān)系式y(tǒng)=a+Bx,相關(guān)系數(shù)R2=0．917 51;而1 020～1 100 cm-1處煤塵接觸角隨其透過率增加而增加,當(dāng)透過率高于30%時(shí),潤(rùn)濕角度穩(wěn)定居高,即此時(shí)潤(rùn)濕性相對(duì)較差,相關(guān)關(guān)系式:而煤塵的碳含量在煤塵疏水性上也表現(xiàn)出較高相關(guān)性,其關(guān)系式:y=A1+(A2-A1)/[1+10(logX0-X)P],相關(guān)系數(shù) R2=0．925 60。當(dāng)煤塵碳元素含量達(dá)超82%時(shí),煤塵潤(rùn)濕性表現(xiàn)較差。

(4)利用多元回歸分析,通過定量分析煤塵空氣干燥基灰分含量、3 050 cm-1處芳環(huán)C—H伸縮振動(dòng)透過率、1 020～1 100 cm-1石英的Si—O—Si反對(duì)稱伸縮振動(dòng)透過率以及碳元素含量對(duì)煤塵潤(rùn)濕性影響最大。

感謝山東煤炭安全高效開采技術(shù)與裝備協(xié)同創(chuàng)新中心、中國(guó)博士后科學(xué)基金(2012M521149)、山東省自然科學(xué)基金(ZR2011EEQ009)、中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)2013年度科學(xué)技術(shù)研究指導(dǎo)性計(jì)劃項(xiàng)目(綜采工作面氣載粉塵運(yùn)移規(guī)律與應(yīng)用基礎(chǔ)研究)、礦山熱動(dòng)力災(zāi)害與防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金(JSK200208)、山東科技大學(xué)資環(huán)學(xué)院科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)(2012ZHTD06)在本文理論和試驗(yàn)研究過程中給予的支持。

[1] Martin K A,Chao S S．Structural group analysis of argonne premium coals by FTIR spectroscopy[J]．Preprint Am．Chem．Soc．Div．Fuel Chem．,1988,33(3):17-25．

[2] Gutierrez-Rodriguez J A,Purcell Jr R J,Aplan F F．Estimating the hydrophobicity of coal[J]．Colloids and Surfaces,1984,12:1-25．

[3] Gosiewska A,Drelich J,Laskowski J S．Mineral matter distribution on coal surface and its effect on coal wettability[J]．Colloid and Interface Science,2002,247:107-116．

[4] 劉國(guó)根,邱冠周,胡岳華．煤的紅外光譜研究[J]．中南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1999,30(4):371-373．

Liu Guogen,Qiu Guanzhou,Hu Yuehua,et al．Study on infrared spectra of coals[J]．Journal of Central South University of Technology,1999,30(4):371-373．

[5] 張代鈞,鮮學(xué)福．煤大分子中官能團(tuán)的紅外光譜分析[J]．重慶大學(xué)學(xué)報(bào),1990,13(5):63-67．

Zhang Daijun,Xian Xuefu．Spectroscopy analysis of the groups in coal macromolecule[J]．Journal of Chongqing University,1990, 13(5):63-67．

[6] 周 剛,程衛(wèi)民,陳連軍,等．綜放工作面粉塵濃度空間分布規(guī)律的數(shù)值模擬及其應(yīng)用[J]．煤炭學(xué)報(bào),2010,35(12):2094-2099．

Zhou Gang,Cheng Weimin,Chen Lianjun,et al．Numerical simulation and its application of dust concentration spatial distribution regularities in fully mechanized caving face[J]．Journal of China Coal Society,2010,35(12):2094-2099．

[7] 程衛(wèi)民,周 剛,左前明,等．噴嘴噴霧壓力與霧化粒度關(guān)系的實(shí)驗(yàn)研究[J]．煤炭學(xué)報(bào),2010,35(8):1308-1313．

Cheng Weimin,Zhou Gang,Zuo Qianming,et al．Experimental research on the relationship between nozzle spray pressure and atomization particle size[J]．Journal of China Coal Society,2010,35(8): 1308-1313．

[8] 徐海宏,李 滿,舒新前,等．煤塵潤(rùn)濕性能測(cè)試技術(shù)分析[J]．煤炭科學(xué)技術(shù),2009,37(10):47-49．

Xu Haihong,Li Man,Shu Xinqian,et al．Analysis on moist performance measuring technology of coal dust[J]．Coal Science and Technology,2009,37(10):47-49．

[9] 楊 靜,譚允禎,顧景梅,等．動(dòng)態(tài)接觸角測(cè)定法研究潤(rùn)濕劑對(duì)煤塵的潤(rùn)濕性能[J]．煤礦安全,2008(12):7-10．

Yang Jing,Tan Yunzhen,Gu Jingmei,et al．Study on wetting of coal dust by measuring dynamic contact angle[J]．Safety in Coal Mines, 2008(12):7-10．

[10] 周 剛,程衛(wèi)民,王 剛,等．綜放工作面表面活性劑除塵工藝[J]．工業(yè)安全與環(huán)保,2009,35(11):17-19．

Zhou Gang,Cheng Weimin,Wang Gang,et al．Dedusting technique of surfactant for fully mechanized and roof caving coal face[J]．Industrial Safety and Environmental Protection,2009,35(11):17-19．

[11] 周 剛．綜放工作面噴霧降塵理論及工藝技術(shù)研究[D]．青島:山東科技大學(xué),2009:119-129．

Zhou Gang．Research of theory about dust prevention by watercloud and relevant techniques for fully-mechanized caving coal face[D]．Qingdao:Shandong University of Science and Technology,2009: 119-129．

[12] 孫 鑫．煤的濕潤(rùn)特性及新型濕潤(rùn)劑的實(shí)驗(yàn)研究[D]．青島:山東科技大學(xué),2011:55-78．

Sun Xin．Experimental study on wettability of coal and new wetting agent[D]．Qingdao:Shandong University of Science and Technology,2011:55-78．

[13] 吳 超．化學(xué)抑塵[M]．長(zhǎng)沙:中南大學(xué)出版社,2003:72-78．

Wu Chao．Chemical suppressants of dust[M]．Changsha:Central South University Press,2003:72-78．

[14] 趙振保,楊 晨,孫春燕,等．煤塵潤(rùn)濕性的實(shí)驗(yàn)研究[J]．煤炭學(xué)報(bào),2011,36(3):442-446．

Zhao Zhenbao,Yang Chen,Sun Chunyan,et al．Experimental study of coal dust wettability[J]．Journal of China Coal Society,2011,36 (3):442-446．

[15] 朱學(xué)棟,朱子彬,韓崇家,等．煤中含氧官能團(tuán)的紅外光譜定量分析[J]．燃料化學(xué)學(xué)報(bào),1999,27(4):335-339．

Zhu Xuedong,Zhu Zibin,Han Chongjia,et al．Quantitative determination of oxygen-containing functional groups in coal by FTIR spectroscopy[J]．Journal of Fuel Chemietry and Technology,1999,27 (4):335-339．

[16] 余明高,賈海林,于水軍,等．烏達(dá)煙煤微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)解算及其與自燃的關(guān)聯(lián)性分析[J]．煤炭學(xué)報(bào),2006,31(5):610-614．

Yu Minggao,Jia Hailin,Yu Shuijun,et al．Calculation of microstructure parameter of Wuda bituminous coal and relationship-analysis between coal structure and coal spontaneous combustion[J]．Journal of China Coal Society,2006,31(5):610-614．

[17] 馮 杰,李文英,謝克昌．傅里葉紅外光譜法對(duì)煤結(jié)構(gòu)的研究[J]．中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2002,31(5):362-366．

Feng Jie,Li Wenying,Xie Kechang．Research on coal structure using FT-IR[J]．Journal of China University of Mining&Technology,2002,31(5):362-366．

[18] 王開松,李 武．綜采工作面的煤塵綜合防治[J]．煤炭科學(xué)技術(shù),2005,33(1):48-50．

Wang Kaisong,LiWu．Comprehensivecoaldustcontrolof fully mechanized coal mining face[J]．Coal Science and Technology,2005,33(1):48-50．

[19] Painter P C,Starsinic M,Squires E,et al．Concerning the 1 600 cm-1region in the I．R spectrurm of coal[J]．Fuel,1983,62(6):742-744．

[20] 王宗賢,劉雁來,阮 竹,等．用紅外光譜表征干酪根和煤的芳碳量[J]．石油大學(xué)學(xué)報(bào),1992,16(4):66-71．

Wang Zongxian,Liu Yanlai,Ruan Zhu,et al．Characterization of aromatic carbon in kerogen and coal with infrared spectroscopy[J]．Journal of the University of Petroleum,1992,16(4):66-71．

《煤炭學(xué)報(bào)》第3次入選“中國(guó)精品科技期刊”,刊發(fā)論文又有22篇入選F5000

2014年9月26日,科技部中國(guó)科學(xué)技術(shù)信息研究所公布了“第3屆中國(guó)精品科技期刊”遴選結(jié)果,《煤炭學(xué)報(bào)》第3次入選“中國(guó)精品科技期刊”,并又有22篇優(yōu)秀論文入選“中國(guó)精品科技期刊頂尖學(xué)術(shù)論文(領(lǐng)跑者5000)”。

“中國(guó)精品科技期刊”是指在某一學(xué)科內(nèi)質(zhì)量和水平較高、在國(guó)內(nèi)具有較高影響且具有一定發(fā)展?jié)摿Φ目萍计诳?每3年評(píng)選一次,具有很高的客觀性和權(quán)威性?！暗?屆中國(guó)精品科技期刊”由300種以中文出版的期刊組成,同時(shí)這300種期刊也是“中國(guó)精品科技期刊頂尖學(xué)術(shù)論文(領(lǐng)跑者5000)”項(xiàng)目的來源期刊。

領(lǐng)跑者5000(簡(jiǎn)稱F5000),是中國(guó)科學(xué)技術(shù)信息研究所自2000年開始立項(xiàng)開發(fā)的國(guó)家級(jí)研究課題,旨在將中國(guó)精品科技期刊上發(fā)表的部分優(yōu)秀論文推向國(guó)內(nèi)外的高端平臺(tái),在更大范圍內(nèi)向世界展示和推廣我國(guó)最重要的科研成果,以擴(kuò)大期刊和作者的學(xué)術(shù)影響力,引領(lǐng)我國(guó)高水平科技期刊事業(yè)的發(fā)展和成長(zhǎng)。自2012年度F5000項(xiàng)目啟動(dòng)以來,《煤炭學(xué)報(bào)》已有44篇次論文入圍。

Study of coal dust wettability based on FTIR

CHENG Wei-min1,2,XUE Jiao1,2,ZHOU Gang1,2,NIE Wen1,2,LIU Lin-sheng3
(1.State Key Laboratory of Mining Disaster Prevention and Control Co-founded by Shandong Province and the Ministry of Science and Technology,Shandong University of Science&Technology,Qingdao 266590,China;2.College of Mining&Safety Engineering,Shandong University of Science&Technology,Qingdao 266590,China;3.Zhaolou Mine,Yanzhou Coal Mining Heze Energy and Chemicals Ltd.,Heze 274705,China)

In order to study the microscopic wetting characteristics of coal dust,six representative coal samples were selected for the analysis of coal quality characteristics and the determination of liquid-solid interface dynamic contact angle of droplet system．Meanwhile,NICOLET-380 FTIR was taken to analyze the surface functional groups of the six kinds of coal dust．By establishing the quantitative relationships between the coal dust wetting contact angle and the absorption intensity of surface functional groups,the authors found that the surface’s inorganic mineral functional groups(taking the ash content and the inorganic silicate as representative),the oxygenated functional groups(taking the aromatic hydroxyl as representative)and the organic molecular structures(taking the transmittance of Aromatic C—H bond as representative)has great influences on coal dust wettability,and has a corresponding function with the coal dust contact angle of wettability．That is FTIR transmittance in 3 050 cm-1with coal dust contact angle in accordance with the linear relationship,the correlation coefficient R2=0．917 51．While the contact angle of coal dust increa-ses with FTIR transmittance in 1 020-1 100 cm-1,when the transmittance outstrip 30%,the wetting angle remains high stability,the correlation coefficient R2=0．914 88．When the content of C reached more than 82%,the coal dust wettability has poor performance,and the correlation coefficient R2=0．925 60．

coal dust;wettability;FTIR spectrometer;contact angle

TD714．1

A

0253-9993(2014)11-2256-07

2013-11-20 責(zé)任編輯:許書閣

國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)資助項(xiàng)目(U1261205);國(guó)家自然科學(xué)基金面上資助項(xiàng)目(51474139);高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金資助項(xiàng)目(20113718110005)

程衛(wèi)民(1966—),男,山東曹縣人,教授,博士生導(dǎo)師。Tel:0532-86057013,E-mail:chengmw@163．com。通迅作者:周 剛(1979—),男,安徽阜南人,副教授。Tel:0532-86057359,E-mail:ahsdzhougang@163．com

程衛(wèi)民,薛 嬌,周 剛,等．基于紅外光譜的煤塵潤(rùn)濕性[J]．煤炭學(xué)報(bào),2014,39(11):2256-2262．

10．13225/j．cnki．jccs．2013．1715

Cheng Weimin,Xue Jiao,Zhou Gang,et al．Study of coal dust wettability based on FTIR[J]．Journal of China Coal Society,2014,39(11): 2256-2262．doi:10．13225/j．cnki．jccs．2013．1715