磁性离子液体对低阶煤润湿性的调控机制研究

Due to low metamorphic grade, abundant oxygen-containing functional group on surface and strong hydrophily, effective upgrading and utilization of low rank coal is severely restricted through the conventional separation process such as flotation and dewatering. Modifying wettability is the key of efficient utilization for low rank coal. The wettability of the low rank coal from Shendong Coal Group is modified by magnetic ionic liquid surfactant (MILS). MILS with environment-friendly and recyclability will be designed and synthesized by the method of combining molecular simulation with experiment. In addition, salting-out-high intensity magnetic technology of MILS will be investigated. On the basis of these studies, low cost control for wettability of low rank coal can be realized by MILS, and microcosmic regulatory mechanism can also be revealed. Development of the green and recycled MILS used in regulating the wettability of low rank coal will greatly promote the effective exploitation and utilization of low rank coal resources in China.

低阶煤变质程度低、易泥化，低阶煤泥表面含氧官能团丰富、亲水性强，采用浮选、脱水等技术对低阶煤泥进行高效利用受到极大的限制。如何有效对低阶煤泥表面润湿性进行调控，成为低阶煤泥实现高效提质利用的技术关键。本项目创新性的引入功能化离子液体——磁性离子液体型表面活性剂，以神东矿区低阶煤为研究对象，采用分子模拟与试验研究相结合的研究方法，设计并制备出环境友好且可回收的磁性离子液体，结合磁性离子液体的盐析分离-强磁回收工艺研究，实现对低阶煤泥表面润湿性的低成本灵活调控，揭示磁性离子液体对低阶煤泥表面润湿性的微观调控机制。本项目基于低阶煤泥提质利用过程中对表面润湿性调控的迫切需求，通过绿色、可回收的磁性离子液体型表面活性剂的研制，将有利于促进我国低阶煤的高效提质利用。

低阶煤是我国重要的煤炭资源，但由于其变质程度低、表面含氧官能团丰富、亲水性强，极大限制了低阶煤的高效开发利用。如何有效对低阶煤表面润湿性进行调控，成为低阶煤实现高效提质利用的技术关键。磁性离子液体具有绿色环保、高度可设计、可回收等特点。本项目设计并制备了三种不同阴离子磁性离子液体([C12mim]FeCl4、[C12mim]2CoCl4、[C12mim]2NiCl4)，研究了其对低阶煤表面润湿性的影响机制。.采用量子化学模拟方法，构建了三种具有稳定分子构型的磁性离子液体（[C12mim]FeCl4，[C12mim]2CoCl4，[C12mim]2NiCl4），并通过一步合成法合成磁性离子液体并对其进行结构表征。润湿性研究表明，随着磁性离子液体浓度的提高，改性后的低阶煤接触角先提高后降低，相较原煤，[C12mim]FeCl4、[C12mim]2CoCl4和[C12mim]2NiCl4的最大提升幅度分别为25.83%、23.76%和18.62%。吸附热力学研究表明，磁性离子液体在低阶煤表面的吸附属于I型等温线，符合Langmuir等温吸附模型，属于物理吸附。吸附动力学过程符合准二级动力学模型，受颗粒内扩散与液膜扩散联合作用。.盐析分离-强磁回收研究表明，适宜的盐析试剂为NaCl，随着NaCl浓度的增大，磁选回收率逐渐提高，在浓度达到NaCl溶解度、磁场强度为1.5T时，回收率为91.23%。