煤泥水悬浮液体系“架桥”絮凝电镜实验及分析

4．7．4　煤泥水悬浮液体系“架桥”絮凝电镜实验及分析

1．实验方法

一定浓度的煤泥水悬浮液在800型离心沉淀器上缓慢离心，使悬浮液中大颗粒沉降，混浊的悬浮液中只含有微细粒子；小心地取出离心液15mL，放入三角瓶中，加入30mL浓度为0．25ppm的PQAAM（25ppm　PQAAM稀释100倍）溶液，混合液用KQ50型超声波仪进行搅拌，使之分散。取1小滴搅拌后的悬浮液滴在镀有福尔瓦膜的铜网上，然后放在干燥皿中自然干燥。干燥后的样品放在投影台上投影，投影物质为铂金，投影角度为9°，投影速度为35～45r／min，投影后在JEM－200CX透射电子显微镜下观察^［144］。

2．实验结果及其分析

（1）PQAAM接枝共聚物对细粒煤“架桥”絮凝电镜图像分析

PQAAM高分子聚合物对细粒煤“架桥”絮凝电镜图像如图4．12、图4．21、图4．22、图4．23所示。

图4．12表明：PQAAM可以在两个絮团颗粒之间“架桥”，即桥的一端吸附于一个絮团颗粒表面，桥的另一端吸附于另一絮团颗粒表面的空位，实现桥联，桥的长度大约为1．44μm，足以跨越胶体颗粒间排斥能的作用范围^［46］，从而实现高聚物对细粒煤的“架桥”絮凝作用。所连接的两个絮团颗粒大小约为0．2496μm、0．1527μm。吸附于絮团颗粒表面的吸附环可以与另一个絮团颗粒表面桥的链尾之间形成桥联，以环状方式吸附于絮团表面的桥较短，桥的长度大约为0．87μm。大分子的桥能以单点式吸附于絮团表面，即桥的一端吸附于颗粒表面，而链尾伸向溶液。

图4．21　“平行桥”吸附，放大倍数1．5万倍

图4．21表明PQAAM接枝共聚物可以通过两条平行的细长桥在两组煤泥絮团间“架桥”，桥的长度大约为1．03μm，两条桥同时吸附于相同的煤泥絮团之间，加强了高分子在煤粒表面吸附的牢固性，絮团不会轻易由于外界因素的干扰而破裂，有利于煤泥絮凝沉降。沿着桥长度方向还吸附有少量的微细粒煤。

图4．22　“环状”吸附，放大倍数2．6万倍

图4．22表明PQAAM接枝共聚物能够以环状方式吸附于絮团颗粒表面，即桥的一端吸附于絮团颗粒表面，由于PQAAM高分子离子间的相互作用，使桥的链尾吸附于同一颗粒表面。桥以链环形式吸附于颗粒表面，一方面增强了被凝聚的絮团颗粒的强度，有利于改善煤泥水的絮凝沉降效果，但同时也导致大分子的吸附活性位减少，削弱了高分子聚合物对微细粒煤的絮凝能力，使高分子聚合物对细粒煤的桥联作用难以充分发挥。

图4．23　“空间架桥”吸附，放大倍数2．2万

图4．23表明：PQAAM接枝共聚物的多个桥并行吸附于絮团颗粒表面，在絮团颗粒间形成立式空间桥，而且在空间还吸附有微细粒煤。说明PQAAM接枝共聚物对细粒煤“架桥”絮凝所形成的絮团是三维网络状桥联结构，有助于加速煤泥絮凝沉降。

（2）细粒煤“架桥”絮凝形成过程的电镜图像分析

为了观察高分子聚合物对细粒煤“架桥”絮凝的动态实现过程，取4份相同的PQAAM接枝共聚物与煤泥水的混合液，分别在超声波搅拌仪上搅拌2min、4min、6min、8min后，按上述相同方法制样，放入透射电子显微镜中观察，拍摄细粒煤“架桥”絮凝过程中絮团动态形成图像，研究细粒煤“架桥”絮凝动态实现过程。

絮凝时间为2min时，细粒煤在PQAAM接枝共聚物絮凝作用下产生絮团，如图4．24所示。

图4．24　絮凝2min絮团电镜图像，放大倍数2．2万倍

因为絮团形成于高聚物对细粒煤产生桥联作用初期，煤泥絮团粒度较小，平均大小为0．059μm，桥呈明显的细线形且有少量支状分叉，桥的一端吸附于一个絮团颗粒表面，另一端吸附于另一絮团颗粒表面，桥的活性位上吸附有微细粒煤，若干个絮团颗粒被同一条桥所吸附，桥将絮团以“糖葫芦”状桥联，有助于提高煤泥水悬浮液的絮凝沉降效果。此时，煤泥絮团粒度组成如表4．2所示。

表4．2　煤泥絮团粒度组成

表4．2数据表明：PQAAM接枝共聚物对微细粒子具有絮凝作用，其絮凝作用机制就在于使微细粒子絮凝成团，增加粒子大小，改变煤泥的粒度组成，加速其沉降。

絮凝时间为4min时，煤泥絮团平均直径增大，大约为0．092μm，桥的吸附活性位上吸附了大量煤泥絮团。由于PQAAM大分子中的酰胺基与煤粒表面的H、O等元素产生氢键吸附作用，而羟基、季铵盐阳离子与煤粒表面的极性区产生很强的作用力，使桥卷曲，桥长度缩短，可以认为细粒煤是由弯曲的药剂分子所连接，桥以单点式、环式、多点式吸附于絮团颗粒表面，如图4．25所示。

图4．25　絮凝4min絮团电镜图像，放大倍数2．2万倍

絮凝时间为6min时，煤泥絮团颗粒进一步增大，平均尺寸约为0．156μm。桥以多点式吸附于煤泥絮团表面，从而增强了高分子聚合物对细粒煤的“架桥”絮凝作用。由于PQAAM高分子离子间的相互作用，桥的长度显著缩短变粗，众多桥汇集于一处，每根桥的两端吸附于不同的絮团颗粒表面，形成网络状、疏松结构的絮团，如图4．26所示。

图4．26　絮凝6min絮团电镜图像，放大倍数2．6万倍

絮凝时间为8min时，PQAAM对细粒煤“架桥”絮凝电镜图像如图4．27所示。高聚物通过桥联作用将颗粒连接成絮团组，吸附于絮团颗粒表面的多个桥的链尾汇集于一处，再吸附于另一有吸附空位的絮团表面，类似于多点式吸附，也有的桥以单点式吸附于絮团颗粒表面。

可见：PQAAM接枝共聚物对细粒煤实现“架桥”絮凝是个动态过程。絮凝时间不同，桥的形状、长度及煤泥絮团粒度大小、桥在絮团颗粒表面的吸附方式不尽相同。一个絮团颗粒可以同时与几个大分子相连，且不同絮团颗粒上的桥与桥、链尾与链尾、链尾与吸附环、吸附环与吸附环之间均可以产生相互作用，形成三维网络状结构的“架桥”絮凝模式，说明PQAAM接枝共聚物对细粒煤的“架桥”絮凝具有随机性、偶然性。

图4．27　絮凝8min絮团电镜图像，放大倍数2．2万倍