2.3不同煤種的活性水溶液鋪展係數

當溶液滴到煤表麵，溶液底部接觸到煤表麵後逐漸在煤表麵鋪散開來的過程叫作鋪展。鋪展係數是表征溶液在煤表麵的鋪展能力，鋪展係數越大，潤濕性越強，其計算公式如下：

(1)

式中：S為鋪展係數，mN/m；γsg、γsl、γgl分別為氣—固表麵張力、液—固表麵張力、氣—液表麵張力，mN/m；θ為離子液體與煤塵表麵的接觸角，(°)。

根據不同煤種的接觸角擬合得出鋪展係數與活性水溶液質量分數的關係，如圖4所示。

圖4鋪展係數與溶液質量分數之間的關係

從圖4可以看出：

1)3種咪唑類離子液體的鋪展係數先隨溶液質量分數的增大而迅速增大；當質量分數增加到一定程度後，鋪展係數逐漸趨於平穩。這是由於離子液體能夠破壞煤的物理化學結構，隨溶液質量分數的增大，煤表麵越發粗糙，孔隙和裂紋數量也隨之增加，而煤表麵孔隙和裂紋越多，則鋪展效果越好；當煤體被完全破壞後，溶液在煤表麵鋪展隨質量分數繼續增大變化不大，即鋪展係數逐漸趨於穩定。

2)[Emim][BF4]溶液的鋪展係數明顯大於其他2種溶液，即[Emim][BF4]溶液在煤表麵更易於潤濕鋪展。這是因為離子液體可以改變煤中官能團含量，[Emim][BF4]溶液的加入可以更高效地增加煤中親水性官能團含量，減少疏水性官能團含量，提高其在煤表麵的鋪展能力。

3.不同煤種的高效離子液體水溶液複配研究

為探究離子液體複配是否會起到增效的作用，即複配溶液對煤的潤濕性能是否優於單一溶液。取質量分數為2%的3種離子液體按照陽、陰離子不同複配成A、B 2組活性水溶液，複配質量比為6∶0、5∶1、4∶2、3∶3、2∶4、1∶5、0∶6；分別對A、B 2組活性水溶液進行表麵張力和接觸角試驗，研究複配溶液對煤的潤濕效果。

3.1複配溶液離子數對表麵張力的影響

不同複配質量比下A、B 2組複配溶液的表麵張力變化情況如圖5所示。

圖5不同複配質量比下溶液表麵張力變化情況

從圖5可以看出：

1)與純水相比，複配後的A、B 2組溶液的表麵張力顯著降低，A組複配溶液的表麵張力隨不同複配質量比變化不大，B組複配溶液的表麵張力易受複配質量比變化的影響。

2)相同陽離子[Bmim][BF4]和[Bmim][Cl]複配溶液，表麵張力[BF4]-略大於[Cl]-，說明在同種陽離子的情況下，[Cl]-的表麵活性優於[BF4]-，這是因為[Cl]-的電負性更強，能夠增強液體氫鍵強度，減弱陰陽離子間庫侖力作用，故而表麵張力減小。

3)相同陰離子複配溶液的表麵張力小於相同陽離子複配溶液的表麵張力，當相同陰離子複配溶液的複配質量比為2∶4時，表麵張力達到最低值27.62 mN/m，且其表麵張力均低於2種單一溶液的表麵張力，說明該複配溶液的潤濕效果最好。推測相同陰離子複配溶液中，不同的兩陽離子之間可能產生了協同增潤作用。

3.2複合離子液體對煤塵接觸角的影響

圖6為A、B組複配溶液與3種煤樣接觸角的對比圖，不同煤樣吸液時間變化情況如圖7所示。

圖6不同陽、陰離子複配溶液的接觸角變化情況

圖7不同煤樣的吸液時間變化情況

從圖6、圖7可以看出：

1)與純水相比，複配後的A、B 2組溶液的接觸角明顯降低，對於焦煤、褐煤、長焰煤，B組溶液複配質量比為2∶4時接觸角降低最多，分別為31.131%，27.969%、14.713%；對於焦煤，A組溶液複配質量比為6∶0時接觸角降低最多，為26.452%，對於褐煤、長焰煤，A組溶液複配質量比為1∶5時接觸角降低最多，為25.982%、20.026%。

2)對於3種煤樣，當複配質量比由6∶0變化到4∶2時，B組複配溶液吸液作用增強，推測此時[Emim]+發揮主要作用，其中某些基團可能破壞了煤活性結構，增大B組複配溶液對煤的溶解度；但隨著複配質量比由4∶2變化到0∶6時，A組複配溶液吸液作用增強，這可能是因為與[BF4]-比較,Cl-的親水能力更強，易於形成結合水，提高活性水的潤濕能力，推測此時Cl-發揮主要作用，Cl-含量不斷增加，活性水對煤塵的潤濕能力不斷增強。

4.結論

1)添加離子液體後，隨著活性水溶液中離子液體質量分數增大，表麵張力和接觸角迅速減小，陰離子[BF4]-比[Cl]-對煤樣的潤濕作用能力更強，陽離子[Emim]+比[Bmim]+對煤樣的潤濕作用能力更強；

2)3種咪唑類離子液體的鋪展係數隨離子液體質量分數的增大而迅速增大，長焰煤的親水能力最好，而焦煤的親水能力最差，這與煤中親水基團和疏水基團的含量有關；

3)相同陰離子的複配溶液潤濕性優於相同陽離子的潤濕性，相同陰離子複配溶液的複配質量比為2∶4時，表麵張力達到最低值27.62 mN/m，對焦煤的接觸角降低最多，為31.131%；

4)在一定複配質量比範圍內，離子液體既可以通過破壞煤中官能團、共價鍵等，增強對煤塵結構的溶解能力，也可以通過降低水的表麵張力，提高溶液的潤濕能力。

咪唑類離子液體對不同煤塵潤濕性能的影響規律（上）

咪唑類離子液體對不同煤塵潤濕性能的影響規律（下）