等离子体环境下低阶煤表面基团转化路径及反浮选调控机制

The distribution of surface groups is a key factor in deciding the wettability of low-rank coal slime. The selectivity and strength of the low-rank coal reverse flotation, which mainly used medicament to control the composition of the surface group, needed to be improved. The project proposed the idea of using low temperature air plasma to directly optimize the group on the surface of low-rank coal slime. Researching the microcosmic reaction and transformation pathway of reactive groups after excited oxygen atoms attacked the surface systematically by combining Quantum Chemistry with Model Compounds. The effect of energy intensity and the time of action on the composition of groups on the surface of low – rank coal slime in plasma environment were investigated by surface analysis and on - line gas detection. Conducting adsorption characteristics and flotation tests of surface groups and reverse flotation agents based on plasma optimization. The microcosmic reaction and transformation pathway of the reactive groups when the excited oxygen atoms attacked the conjugate system were investigated, and the mechanism of control the surface properties of the low-rank coal slime with the plasma modification and the pharmacy biphasic synergy was established. The project will expand "pharmacy - gas Bubble "two-dimensional parameters of the main low-grade coal flotation process to the" surface group - agent - bubble "three-dimensional parameters, and provided new ideas and theoretical support for the construction of low-rank coal slime efficient flotation process.

表面基团分布是决定低阶煤泥润湿性的关键因素。低阶煤反浮选主要采用药剂间接调控表面基团组成,选择性与强度有待提高，本项目提出采用低温空气等离子体直接优化低阶煤泥表面基团的研究思路。采用量子化学与模型化合物结合的方法系统研究激发态氧原子攻击表面活性基团的微观反应与转化路径；采用表面分析与在线气体检测方法考察等离子体能量强度、作用时间、气体流量对低阶煤泥表面基团组成的影响规律；研究改性后低阶煤泥与抑制剂的吸附特性及反浮选试验。揭示激发态氧原子攻击共轭体系活性基团的微观反应及转化路径，明确等离子体与药剂改性协同的低阶煤泥反浮选调控方法。项目研究将“药剂-气泡”两维参数强化为主的低阶煤泥浮选过程扩展到“表面基团-药剂-气泡”三维参数，为构建低阶煤泥高效浮选过程提供新思路与理论支撑。

表面基团分布是决定低阶煤泥润湿性的关键因素。低阶煤反浮选主要采用药剂间接调控表面基团组成,选择性与强度有待提高。本研究报告围绕低温空气等离子体直接优化低阶煤泥表面基团的核心内容开展了等离子体环境下低阶煤泥表面活性基团转化路径及发浮选强化研究。.利用GaussView构建了低阶煤泥表面典型基团的分子结构，基于Gaussian09软件，统一采用密度泛函理论（DFT）中的 B3LYP 泛函、 6-311+G(d,p) 基组研究等离子体态氧原子与典型分子结构的反应历程。结果表明代表低阶煤泥表面骨架结构的苯与氧等离子体反应,分为两步,第一步反应生成环状中间体,第二步反应为中间体得到反应产物苯酚。含烃基的芳香环状，第一步发生反应芳香环上-CH2-氧化反应，随着反应的持续，苯环存在断裂的现象，如萘在等离子体环境下得到1,4-萘醌、水杨酸在等离子体环境下得到2-羟基苯甲酸乙酯。利用XPS系统分析了等离子体环境下低阶煤泥表面基团的反应历程，结果表明在等离子体环境下，低阶煤泥表面的非极性烃类官能团α-甲基与基体部分发生断键反应，转变为短链烷烃和甲基自由基。在一系列氧化反应的作用下，最终氧化为羧酸、醛类、烷酮类，并释放出CO、CO2及CH4气体小分子。而其他极性官能团与激发态氧原子反应难度较大，芳香环上的羧酸类官能团难与氧自由基反应，-OH基团可被缓慢转化为更稳定的羧酸、醛类。揭示了等离子体能量强度、作用时间、气体流量对等离子体环境下低阶煤泥表面基团组成的影响规律，结果表明等离子体能量强度与作用时间是影响低阶煤泥表面基团组成的主要因素，等离子体改性后C-C、C-H基团含量大幅度降低，C-OH含量先大幅增加后有所降低，C=O及-COOH基团含量先增加后基本稳定。同样改性后低阶煤泥表面自由能显著增大，非极性分量中的碱性分量急剧增加。确定了以改性时间为核心参数的低阶煤泥表面自由能调控模式。. 采用等离子体处理低阶煤泥，再结合有机大分子为主体药剂，对神东矿区典型低阶煤泥进行了反浮选研究。与传统正浮选试验相比，可燃体回收率有明显增长，在整个试验范围内均超过了柴油用量40kg/t时的效果。