工程科学学报 Chinese Journal of Engineering 基于13CNMR和TR的煤尘润湿性定量表征 林清侠汪澍金龙哲欧盛南 Quantitative characterization of coal dust wettability based onC-NMR and FTIR LIN Qing-xia,WANG Shu,JIN Long-zhe.OU Sheng-nan 引用本文： 林清侠，汪澍，金龙哲，欧盛南.基于13CNMR和FTIR的煤尘润湿性定量表征[].工程科学学报，优先发表.doi: 10.13374j.issn2095-9389.2021.03.23.001 LIN Qing-xia,WANG Shu,JIN Long-zhe.OU Sheng-nan.Quantitative characterization of coal dust wettability based on CNMR and FTIR[J].Chinese Journal of Engineering.In press.doi:10.13374/j.issn2095-9389.2021.03.23.001 在线阅读View online::https://doi..org10.13374/.issn2095-9389.2021.03.23.001 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 超微细铁精矿的粒度特性和润湿性对其成球性能的交互影响 Particle size and wettability effect of ultrafine magnetite concentrate on ballability 工程科学学报.2017,396：830 https:oi.org10.13374.issn2095-9389.2017.06.003 钢铁冶金过程中的界面现象 Interfacial phenomena in ironmaking and steelmaking 工程科学学报.2018.40(10：1139 https:doi.org/10.13374j.issn2095-9389.2018.10.001 钢铁冶金过程中的界面润湿性的基础 Fundamentals of interfacial wettability in ironmaking and steelmaking 工程科学学报.2018,40(12：1434htps:1doi.org/10.13374.issn2095-9389.2018.12.002 基于核磁共振的不同含水状态砂岩动态损伤规律 Dynamic damage laws of sandstone under different water bearing conditions based on nuclear magnetic resonance 工程科学学报.2018,402：144 https:1doi.org10.13374.issn2095-9389.2018.02.003 基于改进的支持向量回归机算法的磁记忆定量化缺陷反演 Metal magnetic memory quantitative inversion of defects based onoptimized support vector machine regression 工程科学学报.2018.40(9：外1123 https:/1doi.org/10.13374.issn2095-9389.2018.09.014 基于双亚点阵模型对H13钢中初生碳氨化物的研究 Study on primary carbonitrides in H13 steel based on the two-sublattice model 工程科学学报.2017,391：61 https:doi.org10.13374.issn2095-9389.2017.01.008
基于13CNMR和FTIR的煤尘润湿性定量表征 林清侠 汪澍 金龙哲 欧盛南 Quantitative characterization of coal dust wettability based on 13C−NMR and FTIR LIN Qing-xia, WANG Shu, JIN Long-zhe, OU Sheng-nan 引用本文: 林清侠, 汪澍, 金龙哲, 欧盛南. 基于13CNMR和FTIR的煤尘润湿性定量表征[J]. 工程科学学报, 优先发表. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.03.23.001 LIN Qing-xia, WANG Shu, JIN Long-zhe, OU Sheng-nan. Quantitative characterization of coal dust wettability based on 13CNMR and FTIR[J]. Chinese Journal of Engineering, In press. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.03.23.001 在线阅读 View online: https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2021.03.23.001 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 超微细铁精矿的粒度特性和润湿性对其成球性能的交互影响 Particle size and wettability effect of ultrafine magnetite concentrate on ballability 工程科学学报. 2017, 39(6): 830 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2017.06.003 钢铁冶金过程中的界面现象 Interfacial phenomena in ironmaking and steelmaking 工程科学学报. 2018, 40(10): 1139 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.10.001 钢铁冶金过程中的界面润湿性的基础 Fundamentals of interfacial wettability in ironmaking and steelmaking 工程科学学报. 2018, 40(12): 1434 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.12.002 基于核磁共振的不同含水状态砂岩动态损伤规律 Dynamic damage laws of sandstone under different water bearing conditions based on nuclear magnetic resonance 工程科学学报. 2018, 40(2): 144 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.02.003 基于改进的支持向量回归机算法的磁记忆定量化缺陷反演 Metal magnetic memory quantitative inversion of defects based onoptimized support vector machine regression 工程科学学报. 2018, 40(9): 1123 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.09.014 基于双亚点阵模型对H13钢中初生碳氮化物的研究 Study on primary carbonitrides in H13 steel based on the two-sublattice model 工程科学学报. 2017, 39(1): 61 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2017.01.008
工程科学学报.第44卷，第X期：1-8.2022年X月 Chinese Journal of Engineering,Vol.44,No.X:1-8,X 2022 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2021.03.23.001;http://cje.ustb.edu.cn 基于3C-NMR和FTIR的煤尘润湿性定量表征 林清侠)，汪澍2)四，金龙哲2，欧盛南) 1)北京科技大学土木与资源工程学院，北京1000832)北京科技大学大安全科学研究院，北京100083 ☒通信作者，E-mail:ustbwangshu@ustb.edu.cn 摘要为从微观角度研究煤尘润湿性影响因素，探究分子结构参数与煤尘润湿性之间的定量关系，选取3种不同煤阶的 煤样进行煤质特征分析以及煤尘润湿性接触角测定，同时通过℃核磁共振(C-NMR)和红外光谱(FT)实验，获得了煤 分子结构参数，利用SPSS进行煤分子结构参数与接触角的相关性分析，最后，通过MATLAB进行在3种不同类型表面活性 剂作用下的煤尘润湿性定量表征方程的构建.结果表明：在不同类型表面活性剂的作用下，影响煤尘润湿性的主要因索不 同，主要为：C-NMR结构参数中的季碳、亚甲基和次甲基(、酚或芳醚碳()、桥接芳碳()，FTR结构参数中的酯基 (一C0O一)、醚基（一O一）、羰基(C=O),可依据构建的定量表征方程，利用煤尘微观分子结构数据，快速进行煤尘润湿性的表 征，进一步丰富了煤尘润湿的微观机理 关键词煤尘：润湿性：3C℃核磁共振：红外光谱：定量表征 分类号TD714 Quantitative characterization of coal dust wettability based on3C-NMR and FTIR LIN Qing-xia,WANG Shu2,JIN Long-zhe2),OU Sheng-nan 1)School of Civil and Resources Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Research Institute of Macro-safety Science,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:ustbwangshu@ustb.edu.cn ABSTRACT Improving the wettability of coal dust is commonly used for dust control in coal mines.The wettability of coal dust can be affected by various factors.This study aims to explore the quantitative relationship between coal dust molecular structure parameters and wettability at a micro level.This paper selects three samples with different coal ranks,including the Shangwan nonstick coal(BN), Zhaolou gas-fast coal (QF),and Yangquan anthracite coal (WY),which were crushed to coal dust with a particle size of less than 200 mesh(74 um).Three different types of surfactants,i.e,alkylphenol polyoxyethylene ether(OP-10),sodium diethylhexyl sulfosuccinate (rapid penetrant T),and hexadecyl trimethyl ammonium -chloride (1631),were used for wetting coal dust.After preparing the experimental materials,molecular structure parameters and wetting contact angles of the samples were measured.First,carbon-13 nuclear magnetic resonance(C-NMR)and infrared spectroscopy (FTIR)tests were conducted to obtain the microscopic molecular structure parameters of the coal samples.The relativity between the contact angle and C-NMR structural parameters and the contact angle and FTIR structural parameters were then,respectively,analyzed via the SPSS software to determine the principal factors.Finally, quantitative characterization equations describing the relationship between the wettability and molecular structure parameters of the studied samples were established through multiple linear regressions.Results reveal that under the action of different surfactants,the main factors affecting the wettability of coal dust are different.These factors mainly include quaternary carbon (f),oxygen-connecting aliphatic carbon ()and aromatic bridge carbon (inC-NMR experiments and the ester group(-COO-),ether group(),and 收稿日期：2021-03-23 基金项目：十三五国家重点研发计划重点专项资助项目(2017YFC0805207):国家自然科学基金资助项目(51874015)
基于13C−NMR 和 FTIR 的煤尘润湿性定量表征 林清侠1)，汪 澍1,2) 苣，金龙哲1,2)，欧盛南1) 1) 北京科技大学土木与资源工程学院, 北京 100083 2) 北京科技大学大安全科学研究院, 北京 100083 苣通信作者， E-mail: ustbwangshu@ustb.edu.cn f H al f P a f B a 摘 要 为从微观角度研究煤尘润湿性影响因素，探究分子结构参数与煤尘润湿性之间的定量关系，选取 3 种不同煤阶的 煤样进行煤质特征分析以及煤尘润湿性接触角测定，同时通过13C 核磁共振 ( 13C−NMR) 和红外光谱 (FTIR) 实验，获得了煤 分子结构参数，利用 SPSS 进行煤分子结构参数与接触角的相关性分析，最后，通过 MATLAB 进行在 3 种不同类型表面活性 剂作用下的煤尘润湿性定量表征方程的构建. 结果表明：在不同类型表面活性剂的作用下，影响煤尘润湿性的主要因素不 同，主要为： 13C−NMR 结构参数中的季碳、亚甲基和次甲基 ( )、酚或芳醚碳 ( )、桥接芳碳 ( )，FTIR 结构参数中的酯基 （−COO−）、醚基（−O−）、羰基（C=O），可依据构建的定量表征方程，利用煤尘微观分子结构数据，快速进行煤尘润湿性的表 征，进一步丰富了煤尘润湿的微观机理. 关键词 煤尘；润湿性；13C 核磁共振；红外光谱；定量表征 分类号 TD714 Quantitative characterization of coal dust wettability based on 13C−NMR and FTIR LIN Qing-xia1) ，WANG Shu1,2) 苣 ，JIN Long-zhe1,2) ，OU Sheng-nan1) 1) School of Civil and Resources Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) Research Institute of Macro-safety Science, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 苣 Corresponding author, E-mail: ustbwangshu@ustb.edu.cn f H al f P a f B a ABSTRACT Improving the wettability of coal dust is commonly used for dust control in coal mines. The wettability of coal dust can be affected by various factors. This study aims to explore the quantitative relationship between coal dust molecular structure parameters and wettability at a micro level. This paper selects three samples with different coal ranks, including the Shangwan nonstick coal (BN), Zhaolou gas-fast coal (QF), and Yangquan anthracite coal (WY), which were crushed to coal dust with a particle size of less than 200 mesh (74 μm). Three different types of surfactants, i.e., alkylphenol polyoxyethylene ether (OP-10), sodium diethylhexyl sulfosuccinate (rapid penetrant T), and hexadecyl trimethyl ammonium -chloride (1631), were used for wetting coal dust. After preparing the experimental materials, molecular structure parameters and wetting contact angles of the samples were measured. First, carbon-13 nuclear magnetic resonance (13C-NMR) and infrared spectroscopy (FTIR) tests were conducted to obtain the microscopic molecular structure parameters of the coal samples. The relativity between the contact angle and 13C-NMR structural parameters and the contact angle and FTIR structural parameters were then, respectively, analyzed via the SPSS software to determine the principal factors. Finally, quantitative characterization equations describing the relationship between the wettability and molecular structure parameters of the studied samples were established through multiple linear regressions. Results reveal that under the action of different surfactants, the main factors affecting the wettability of coal dust are different. These factors mainly include quaternary carbon ( ), oxygen-connecting aliphatic carbon ( ), and aromatic bridge carbon ( ) in 13C−NMR experiments and the ester group (−COO−), ether group (−O−), and 收稿日期: 2021−03−23 基金项目: 十三五国家重点研发计划重点专项资助项目（2017YFC0805207）；国家自然科学基金资助项目（51874015） 工程科学学报，第 44 卷，第 X 期：1−8，2022 年 X 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 44, No. X: 1−8, X 2022 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2021.03.23.001; http://cje.ustb.edu.cn
工程科学学报，第44卷，第X期 carbonyl group(C=O)in FTIR experiments.The quantitative characterization equations established in this study provide a micro insight to understanding the affecting mechanism of coal dust wettability,which could facilitate the selection of surfactants and improve the reduction efficiency of coal dust. KEY WORDS coal dust:wettability:C-NMR:FTIR;quantitative characterization 煤尘作为矿井主要灾害之一，它的危害性主要 代表空气干燥煤固定碳；Cdr代表干燥无灰煤碳元 体现在两方面，一方面表现为几乎所有煤尘都具有 素含量；Oar代表干燥无灰煤氧元素含量；Haar代 爆炸性)，另一方面体现为诱发职业性尘肺病) 表干燥无灰煤氢元素含量；N代表干燥无灰煤氨 煤矿中采用的防尘技术措施主要有通风、湿 元素含量；Sar代表干燥无灰煤硫元素含量 式、物化和干式等刊其中，湿式作业中的喷雾是 表1煤样的工业分析和元素分析（质量分数） 目前我国煤矿井下最常采用的降尘技术之一，但 Table 1 Industry analysis and elementary analysis of the coal sample 绝大多数煤尘的润湿性差导致其降尘效果并不理 Industry analysis Elemental analysis 想.以往报道表明，研究煤中碳、氧基团的微观分 Coal sample 子结构组成及含量特征对提高喷雾降尘润湿能 Md Ad Var FCad Caat Odar Har Nar Saaf 力，加快煤尘润湿速度均具有重要意义.基于此， BN 4.832.5632.9359.6881.5010.65.481.510.65 QF 1.577.7631.6259.0582.719.615.351.700.58 近年来，已有学者利用红外光谱(FTIR)间、C核 WY 1.257.3020.5070.9592.352.273.510.910.80 磁共振(C-NMR)阿技术对煤体微观分子结构展 开定性与定量研究.赵振保等建立了煤尘润湿 观察表1中的数据，可以发现各煤样的煤质参 性与煤质参数和煤尘表面官能团间的定量关系 数值基本符合随煤阶加深的变化规律，其中，不粘 程卫民等图发现煤尘润湿性与煤尘表面官能团具 煤与气肥煤的挥发分数值差异较小，这是由于煤 有明显的关联性.周刚等得出了不同变质程度 样所处的成煤环境不同导致的 煤尘润湿性差异是由煤分子的碳结构差异所引起 1.2实验与数据处理 的.但即便如此，目前利用FTIR与3C-NMR技术 为获得影响煤尘润湿性的关键因素，构建定 对煤体进行的研究还主要集中于煤大分子结构模 量表征方程，对三种煤样的润湿性进行了测定，对 型的构建或对煤演化过程中的结构研究 其核磁(I3C-NMR)与红外(FTIR)结构参数进行了 据此，本文从微观分子结构角度出发，基于 数据表征，实验与数据处理流程如图1所示 1C-NMR与FTIR技术，综合考虑不同煤阶、不同 1.2.1煤尘润湿性测定 表面活性剂类型，分析在不同表面活性剂作用下 通常利用接触角来衡量煤尘的润湿性能 影响煤尘润湿性的关键核磁结构参数与红外结构 本文选用DSA100型光学法液滴形态分析系统测 参数，并在此基础上利用关键微观结构参数构建 定煤尘的润湿性接触角，分别采用质量分数为 了3种煤尘润湿性定量表征方程，为实现煤尘润 0.06%的烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)、快速渗透剂 湿性接触角的快速表征提供参考，可进一步丰富 T以及十六烷基三甲基氯化铵(1631)对煤尘进行 煤尘润湿机理研究体系 润湿，为使结果更加准确，分别进行3组实验，取 1 材料与实验 平均值作为最终实验结果，以蒸馏水作为对照组 1.2.213C-NMR结构参数表征 1.1煤样准备 C-NMR技术可在不破坏煤分子结构的情况 本文中分别选取了来自全国不同矿区的3种 下获取煤的内部结构信息，已被广泛应用于煤分 不同变质程度煤尘：上湾不粘煤(BN)、赵楼气肥 子结构的研究III-I实验使用BRUKER AVANCE 煤(QF)和阳泉无烟煤(WY),通过球磨机将这 Ⅲ400核磁共振仪，采用交叉极化(CP)、魔角旋转 3种煤样分别破碎，再利用200目标准筛进行筛 (MAS)等技术.通过NUTS2003对原始图谱进行 分，制得样品煤尘.对煤尘利用工业分析和元素分 分峰拟合，由Origin绘制分峰拟合曲线，同时结合 析方法进行煤质特征分析测试.煤质分析结果如 煤的C-NMR谱图峰位归属以及积分相对面积， 表1所示.表1中，Maa代表空气干燥煤水分；Aa代 计算获得3种煤样的12个碳分子结构参数，计算 表干燥煤灰分；Vr代表干燥无灰煤挥发分；FCad 公式见式(1)
carbonyl group (C=O) in FTIR experiments. The quantitative characterization equations established in this study provide a micro insight to understanding the affecting mechanism of coal dust wettability, which could facilitate the selection of surfactants and improve the reduction efficiency of coal dust. KEY WORDS coal dust；wettability； 13C−NMR；FTIR；quantitative characterization 煤尘作为矿井主要灾害之一，它的危害性主要 体现在两方面，一方面表现为几乎所有煤尘都具有 爆炸性[1−2] ，另一方面体现为诱发职业性尘肺病[3] . 煤矿中采用的防尘技术措施主要有通风、湿 式、物化和干式等[4] . 其中，湿式作业中的喷雾是 目前我国煤矿井下最常采用的降尘技术之一，但 绝大多数煤尘的润湿性差导致其降尘效果并不理 想. 以往报道表明，研究煤中碳、氧基团的微观分 子结构组成及含量特征对提高喷雾降尘润湿能 力，加快煤尘润湿速度均具有重要意义. 基于此， 近年来，已有学者利用红外光谱（FTIR） [5]、 13C 核 磁共振（ 13C−NMR） [6] 技术对煤体微观分子结构展 开定性与定量研究. 赵振保等[7] 建立了煤尘润湿 性与煤质参数和煤尘表面官能团间的定量关系. 程卫民等[8] 发现煤尘润湿性与煤尘表面官能团具 有明显的关联性. 周刚等[9] 得出了不同变质程度 煤尘润湿性差异是由煤分子的碳结构差异所引起 的. 但即便如此，目前利用 FTIR 与 13C−NMR 技术 对煤体进行的研究还主要集中于煤大分子结构模 型的构建或对煤演化过程中的结构研究. 据此，本文从微观分子结构角度出发，基于 13C−NMR 与 FTIR 技术，综合考虑不同煤阶、不同 表面活性剂类型，分析在不同表面活性剂作用下 影响煤尘润湿性的关键核磁结构参数与红外结构 参数，并在此基础上利用关键微观结构参数构建 了 3 种煤尘润湿性定量表征方程，为实现煤尘润 湿性接触角的快速表征提供参考，可进一步丰富 煤尘润湿机理研究体系. 1 材料与实验 1.1 煤样准备 本文中分别选取了来自全国不同矿区的 3 种 不同变质程度煤尘：上湾不粘煤（BN）、赵楼气肥 煤 （ QF）和阳泉无烟煤（WY） . 通过球磨机将这 3 种煤样分别破碎，再利用 200 目标准筛进行筛 分，制得样品煤尘. 对煤尘利用工业分析和元素分 析方法进行煤质特征分析测试. 煤质分析结果如 表 1 所示. 表 1 中，Mad 代表空气干燥煤水分；Ad 代 表干燥煤灰分；Vdaf 代表干燥无灰煤挥发分；FCad 代表空气干燥煤固定碳；Cdaf 代表干燥无灰煤碳元 素含量；Odaf 代表干燥无灰煤氧元素含量；Hdaf 代 表干燥无灰煤氢元素含量；Ndaf 代表干燥无灰煤氮 元素含量；Sdaf 代表干燥无灰煤硫元素含量. 表 1 煤样的工业分析和元素分析（质量分数） Table 1 Industry analysis and elementary analysis of the coal sample % Coal sample Industry analysis Elemental analysis Mad Ad Vdaf FCad Cdaf Odaf Hdaf Ndaf Sdaf BN 4.83 2.56 32.93 59.68 81.50 10.6 5.48 1.51 0.65 QF 1.57 7.76 31.62 59.05 82.71 9.61 5.35 1.70 0.58 WY 1.25 7.30 20. 50 70.95 92.35 2.27 3.51 0.91 0.80 观察表 1 中的数据，可以发现各煤样的煤质参 数值基本符合随煤阶加深的变化规律，其中，不粘 煤与气肥煤的挥发分数值差异较小，这是由于煤 样所处的成煤环境不同导致的. 1.2 实验与数据处理 为获得影响煤尘润湿性的关键因素，构建定 量表征方程，对三种煤样的润湿性进行了测定，对 其核磁（13C−NMR）与红外（FTIR）结构参数进行了 数据表征，实验与数据处理流程如图 1 所示. 1.2.1 煤尘润湿性测定 通常利用接触角来衡量煤尘的润湿性能[10] . 本文选用 DSA100 型光学法液滴形态分析系统测 定煤尘的润湿性接触角 ，分别采用质量分数为 0.06% 的烷基酚聚氧乙烯醚（OP−10）、快速渗透剂 T 以及十六烷基三甲基氯化铵（1631）对煤尘进行 润湿，为使结果更加准确，分别进行 3 组实验，取 平均值作为最终实验结果，以蒸馏水作为对照组. 1.2.2 13C−NMR 结构参数表征 13C−NMR 技术可在不破坏煤分子结构的情况 下获取煤的内部结构信息，已被广泛应用于煤分 子结构的研究[11−14] . 实验使用 BRUKER AVANCE Ⅲ 400 核磁共振仪，采用交叉极化（CP）、魔角旋转 （MAS）等技术. 通过 NUTS 2003 对原始图谱进行 分峰拟合，由 Origin 绘制分峰拟合曲线，同时结合 煤的13C−NMR 谱图峰位归属以及积分相对面积， 计算获得 3 种煤样的 12 个碳分子结构参数，计算 公式见式 (1). · 2 · 工程科学学报，第 44 卷，第 X 期
林清侠等：基于BC-NMR和FTIR的煤尘润湿性定量表征 3 Determination of coal dust wettability The average of three times Angle of wetting interface Contact angle C-NMR experimen Peak fitting Correlation Key BC-NMR C-NMR analysis influencing◆ Quantitative spectra parameters factors of characterization wettability equation FTIR experiment Coal dust Peak fitting FTIR spectra FTIR parameters 图1实验与数据处理流程图 Fig.1 Experiment and data processing flowchart (1) 水与煤样之间的接触角同煤样的变质程度表现为 S 正相关关系，说明了煤样润湿性随变质程度的增 加由易到难.而加入不同表面活性剂对煤样的润 其中，p为分子结构j的NMR结构参数值；S为分 湿特性表现出较大的差异性.OP-10与煤样的接 子结构j拟合峰的积分相对面积：S为任一分子结 触角随煤阶增加先上升后下降，快速渗透剂T与 构拟合峰的积分相对面积：N为拟合峰总个数 煤样接触角逐渐增加，1631与煤样的接触角逐渐 1.2.3FTIR结构参数表征 降低.这是由煤尘微观结构与表面活性剂的差异 实验在Thermo Nicolet380傅里叶红外光谱仪 性导致的5-忉据此，本文进一步对3种煤样微观 上进行.首先，将干燥后的煤样与KBr按1：150 结构进行了测试和表征，探究导致润湿行为差异 的质量比例均匀混合，放入压缩模中成型样品.红 的原因 外区测试范围为波数处于4000~400cm1的中红外 区，分辨率为8cm:样品扫描次数为32次，背景扫 表2煤尘润湿性接触角测定结果 描次数为32次，步长为4cm,动镜速度0.6329cms Table 2 Results of wettability contact angle measurement of coal dust 测试结束后利用PEAKFIT4.12对红外光谱进行分 Contact angle/() Coal sample 峰拟合，由Origin绘制分峰拟合曲线，以各拟合峰 Distilled water OP-10 Rapid penetrant T 1631 的峰面积作为各FTIR结构参数的含量 BN 52.73 22.16 11.56 42.35 1.2.4煤尘润湿性定量表征方程构建 QF 68.16 27.17 13.78 40.27 为利用煤尘微观分子结构参数定量表征煤尘 WY 74.98 13.29 14.98 26.36 润湿性，将影响煤尘润湿性的关键因素与接触角 数据导人MATLAB编写的程序中，建立多元线性 2.2基于13C-NMR实验的煤分子结构参数分析 回归模型，此模型可用来研究一个因变量依赖多 2.2.1核磁图谱分峰拟合及结构参数计算 个自变量的变化关系.将各影响润湿性的关键分 各煤样的核磁分峰拟合图谱如图2所示，煤样 子结构参数视为变量，根据各变量含义构建煤尘 的12个碳分子结构参数的计算结果如表3所示 润湿性的定量表征方程，如式(2)所示 表3中，代表芳香碳：代表化学位移大于165×106 0=AX1+BX2+C (2) 的羰基碳；￡代表芳环碳；代表质子化芳香碳： 其中，日为煤尘接触角：A为方程中第一个非常数项 为非质子化芳香碳；田为桥接芳碳：为烷基取 系数；B为方程中第二个非常数项系数；X1为方程的 代芳碳；为酚或芳醚碳；为脂肪碳；为脂甲 第一个变量：X2为方程的第二个变量，C为常数项. 基、芳甲基；为季碳、亚甲基和次甲基；9为氧 2结果与讨论 接脂碳 由图2可以看出，谱图中主要有两个大的峰 2.1润湿性接触角变化规律分析 群，分别为脂碳峰((0~90)×10)和芳碳峰 接触角测定结果如表2所示.可以看出，蒸馏 ((90-165)×10),其中芳碳峰顶部由多个高峰组
φj = S j ∑ N i=1 S i （1） φj j S j S i 其中， 为分子结构 的 NMR 结构参数值； 为分 子结构 j 拟合峰的积分相对面积； 为任一分子结 构拟合峰的积分相对面积；N 为拟合峰总个数. 1.2.3 FTIR 结构参数表征 实验在 Thermo Nicolet 380 傅里叶红外光谱仪 上进行. 首先，将干燥后的煤样与 KBr 按 1∶150 的质量比例均匀混合，放入压缩模中成型样品. 红 外区测试范围为波数处于 4000～400 cm−1 的中红外 区，分辨率为 8 cm−1；样品扫描次数为 32 次，背景扫 描次数为32 次，步长为4 cm−1，动镜速度0.6329 cm·s−1 . 测试结束后利用 PEAKFIT 4.12 对红外光谱进行分 峰拟合，由 Origin 绘制分峰拟合曲线，以各拟合峰 的峰面积作为各 FTIR 结构参数的含量. 1.2.4 煤尘润湿性定量表征方程构建 为利用煤尘微观分子结构参数定量表征煤尘 润湿性，将影响煤尘润湿性的关键因素与接触角 数据导入 MATLAB 编写的程序中，建立多元线性 回归模型，此模型可用来研究一个因变量依赖多 个自变量的变化关系. 将各影响润湿性的关键分 子结构参数视为变量，根据各变量含义构建煤尘 润湿性的定量表征方程，如式 (2) 所示. θ = AX1 + BX2 +C （2） θ X1 X2 C 其中， 为煤尘接触角；A 为方程中第一个非常数项 系数；B 为方程中第二个非常数项系数； 为方程的 第一个变量； 为方程的第二个变量， 为常数项. 2 结果与讨论 2.1 润湿性接触角变化规律分析 接触角测定结果如表 2 所示. 可以看出，蒸馏 水与煤样之间的接触角同煤样的变质程度表现为 正相关关系，说明了煤样润湿性随变质程度的增 加由易到难. 而加入不同表面活性剂对煤样的润 湿特性表现出较大的差异性. OP−10 与煤样的接 触角随煤阶增加先上升后下降，快速渗透剂 T 与 煤样接触角逐渐增加，1631 与煤样的接触角逐渐 降低. 这是由煤尘微观结构与表面活性剂的差异 性导致的[15−17] . 据此，本文进一步对 3 种煤样微观 结构进行了测试和表征，探究导致润湿行为差异 的原因. 表 2 煤尘润湿性接触角测定结果 Table 2 Results of wettability contact angle measurement of coal dust Coal sample Contact angle /(°) Distilled water OP−10 Rapid penetrant T 1631 BN 52.73 22.16 11.56 42.35 QF 68.16 27.17 13.78 40.27 WY 74.98 13.29 14.98 26.36 2.2 基于13C−NMR 实验的煤分子结构参数分析 2.2.1 核磁图谱分峰拟合及结构参数计算 fa f C a f ’ a f H a f N a f B a f S a f P a fal f * al f H al f O al 各煤样的核磁分峰拟合图谱如图 2 所示，煤样 的 12 个碳分子结构参数的计算结果如表 3 所示. 表 3 中， 代表芳香碳； 代表化学位移大于 165×10−6 的羰基碳； 代表芳环碳； 代表质子化芳香碳； 为非质子化芳香碳； 为桥接芳碳； 为烷基取 代芳碳； 为酚或芳醚碳； 为脂肪碳； 为脂甲 基、芳甲基； 为季碳、亚甲基和次甲基； 为氧 接脂碳. 由图 2 可以看出，谱图中主要有两个大的峰 群 ， 分 别 为 脂 碳 峰 （ （ 0~90） ×10−6） 和 芳 碳 峰 （（90~165）×10−6），其中芳碳峰顶部由多个高峰组 Determination of coal dust wettability Coal dust FTIR experiment 13C-NMR experiment Angle of wetting interface 13C-NMR spectra 13C-NMR parameters FTIR spectra FTIR parameters Correlation analysis Key influencing factors of wettability Quantitative characterization equation The average of three times Contact angle Peak fitting Peak fitting 图 1 实验与数据处理流程图 Fig.1 Experiment and data processing flowchart 林清侠等： 基于13C−NMR 和 FTIR 的煤尘润湿性定量表征 · 3 ·
工程科学学报，第44卷，第X期 a (b) (c) Measured Measured Fitting Measured Fitting Fitting 20015010050 0 200 15010050 0 200 150 10050 0 Chemical shift/10- Chemical shift/10- Chemical shift/10- 图2不同煤样的C-NMR分峰拟合图.(a)不粘煤：(b)气肥煤；(c)无烟煤 Fig.2 C-NMR peak fitting diagrams of coal dust with different degrees of metamorphism:(a)BN:(b)QF:(c)WY 表3煤样C-NMR结构参数表 Table 3 NMR structure parameters of coal dust Coal sample fa 武 f BN 0.818 0.029 0.789 0.544 0.245 0.149 0 0.095 0.182 0.066 0.115 0.001 QF 0.679 0.012 0.667 0.476 0.191 0.128 0.034 0.029 0.321 0.089 0.191 0.041 WY 0.898 0.0260.872 0.5790.293 0.224 0.069 0 0.102 0.042 0.035 0.025 成，呈现高凸状，脂碳峰高较低，顶部较为平缓.通 过程中含量增加，芳香环杂原子碳在演化过程中 过对表3中的参数进行分析，可以发现在3个煤样 含量减少，这也体现出煤在演化过程中芳香环缩 中芳碳所占比例均大于脂碳，在不粘煤中已超过 聚程度不断增加 80%,且总体来看，随着变质程度的加深，芳碳占比 2.2.2基于1℃-NMR分峰图谱的演化特征分析 越来越大，在无烟煤中达到90%，这表明了随着煤 为了更加直观地观察不同煤尘碳结构参数随 阶的演化，煤中芳香结构单元不断缩合，脂肪结构 煤阶的变化规律，将3C-NMR结构参数分类纳入 单元迅速断裂脱落8-，同时，质子化芳碳在演化 统计分析，具体结果如图3所示 ■d■ 0.7 0.25 0.25r (a) 0.6 (b) (e) (d)if 0.20 0.20 0 0.5 0.4 0.15 0.15 06 0. 0.3 0.10 0.10 0.2 0.2 0.05 0.05 0 BN QF WY BN OF WY BN OF WY BN QF WY Coal sample Coal sample Coal sample Coal sample 图3煤样碳结构参数变化.(a)a、写：(b)、:(c)、官、中：(d)、品、品 Fig.3 Carbon structural parameters chart of coal dust:(a)fa,(b)(c)(d) 观察图3我们可以得出以下结论：随着煤变质 0.18 -BN 程度的加深，芳环碳、质子化碳和桥接芳碳的含量 0.15 -QF 总体呈现上升趋势，这说明演化过程中煤中官能 WY 团不断减少，芳构化程度加深；酚或芳醚碳含量的 0.12 减少体现了煤中含氧官能团数量的降低；同时伴 0.09 随着季碳、亚甲基和次甲基的减少，脂肪侧链断裂 0.06 缩短，这也证明了随着煤阶的升高，煤芳香结构单 0.03 元的缩合程度不断加深 2.3基于FTIR实验的煤分子结构参数分析 0 图4为各煤样的红外光谱图.从图4中可以 -0.03 4000 30002000 1000 0 看出所有煤样红外光谱特征峰出现的位置相似， Wave number/cm-1 只是峰的吸收强度存在差异，体现了煤尘结构的 图4各煤样红外光谱图 相似性20-22 Fig.4 Infrared spectrogram of each coal sample
成，呈现高凸状，脂碳峰高较低，顶部较为平缓. 通 过对表 3 中的参数进行分析，可以发现在 3 个煤样 中芳碳所占比例均大于脂碳，在不粘煤中已超过 80%，且总体来看，随着变质程度的加深，芳碳占比 越来越大，在无烟煤中达到 90%，这表明了随着煤 阶的演化，煤中芳香结构单元不断缩合，脂肪结构 单元迅速断裂脱落[18−19] . 同时，质子化芳碳在演化 过程中含量增加，芳香环杂原子碳在演化过程中 含量减少，这也体现出煤在演化过程中芳香环缩 聚程度不断增加. 2.2.2 基于13C−NMR 分峰图谱的演化特征分析 为了更加直观地观察不同煤尘碳结构参数随 煤阶的变化规律，将13C−NMR 结构参数分类纳入 统计分析，具体结果如图 3 所示. 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 Coal sample QF WY Structural parameter value C (a) BN 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Coal sample QF WY Structural parameter value H N (b) BN 0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 Coal sample QF WY Structural parameter value P S B (c) BN 0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 Coal sample BN QF WY Structural parameter value * H O f (d) a fa fa fa fa fa fa fa1 fa1 fa1 fa f C a f H a f N a f P a f S a f B a f * al f H al f O 图 al 3 煤样碳结构参数变化. （a） 、 ；（b） 、 ；（c） 、 、 ；（d） 、 、 fa f C a f H a f N a f P a f S a f B a f * al f H al f O al Fig.3 Carbon structural parameters chart of coal dust: (a) , ; (b) , ; (c) , , ; (d) , , 观察图 3 我们可以得出以下结论：随着煤变质 程度的加深，芳环碳、质子化碳和桥接芳碳的含量 总体呈现上升趋势，这说明演化过程中煤中官能 团不断减少，芳构化程度加深；酚或芳醚碳含量的 减少体现了煤中含氧官能团数量的降低；同时伴 随着季碳、亚甲基和次甲基的减少，脂肪侧链断裂 缩短，这也证明了随着煤阶的升高，煤芳香结构单 元的缩合程度不断加深. 2.3 基于 FTIR 实验的煤分子结构参数分析 图 4 为各煤样的红外光谱图. 从图 4 中可以 看出所有煤样红外光谱特征峰出现的位置相似， 只是峰的吸收强度存在差异，体现了煤尘结构的 相似性[20−22] . 表 3 煤样13C−NMR 结构参数表 Table 3 NMR structure parameters of coal dust Coal sample fa f C a f ’ a f H a f N a f B a f S a f P a fal f * al f H al f O al BN 0.818 0.029 0.789 0.544 0.245 0.149 0 0.095 0.182 0.066 0.115 0.001 QF 0.679 0.012 0.667 0.476 0.191 0.128 0.034 0.029 0.321 0.089 0.191 0.041 WY 0.898 0.026 0.872 0.579 0.293 0.224 0.069 0 0.102 0.042 0.035 0.025 (a) (b) (c) Chemical shift/10−6 Measured Measured Measured Fitting Fitting Fitting 200 150 100 50 0 Chemical shift/10−6 200 150 100 50 0 Chemical shift/10−6 200 150 100 50 0 图 2 不同煤样的13C−NMR 分峰拟合图. （a）不粘煤；（b）气肥煤；（c）无烟煤 Fig.2 13C-NMR peak fitting diagrams of coal dust with different degrees of metamorphism: (a) BN; (b) QF; (c) WY 4000 3000 2000 1000 0 −0.03 0 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15 0.18 Absorbance Wave number/cm−1 BN QF WY 图 4 各煤样红外光谱图 Fig.4 Infrared spectrogram of each coal sample · 4 · 工程科学学报，第 44 卷，第 X 期
林清侠等：基于3C-NMR和FTIR的煤尘润湿性定量表征 5 2.3.1FTIR分峰拟合及结构参数计算 征峰出现位置进行分区间分峰拟合，分峰拟合结 利用PEAKFIT4.12对各煤样红外光谱按照特 果如图5所示 -Experimental -Experimental -Experimental curve curve 0014 Fitting curve 0.10r curve 0.018 0.012 a (b) Fitting curve (c) Fitting curve 0.010 Peak splitting 0.08 Peak splitting 0.06 8 Peak splitting curve 0.008 0.009 00 0.04 0.00 0.006 0.002 0.02 0.003 0 0.002 -002 -0.003 S 1000 2800 2950 00 Wave number/cm- Wave number/cm Wave number/cm- Experimental 一Experimental -Experimental 0.025 curve 0.15m curve 0.04 curve 0.020 (d) Fiing curve (e) Fiing curve ( Fitting curve Peak splitting 0.12 Peak splitting 0.03 0.015 0.09 心 0.02 0.010 0.06 0.005 0.03 0.01 0 0 -0.005 -0.03 -0.01 UOtOf 1100 2790 8 g Wave number/cm- Wave number/cm- Wave number/cm- 一Experimenta 0.018 curve (g) Fitting curve 0.025 (h) 0.005 0015 Peak 0.020 0.004 0.012 0.015 0.003 0.009 0.010 0006 0.002 0.003 0.005 0.001 -0003 -0005 -0.001 1890 g Wave number/cm Wave number/cm- Wave number/cm 图5不粘煤、气肥煤、无烟煤的FTIR分峰图.(a)不粘煤FTIR分蜂图：波数为700-900cm:(b)不粘煤FTR分峰图：波数为1000-1800cm: (c)不粘煤FTIR分峰图：波数为2800-3000cm:(d)气肥煤FTIR分峰图：波数为700-900cm:(e)气肥煤FTIR分蜂图：波数为1000-1800cm: (f)气肥煤FTIR分蜂图：波数为2800-3000cm:(g)无细煤FTIR分峰图：波数为700-900cm:(h)无烟煤FTIR分蜂图：波数为1000-1800cm: (G)无烟煤FTIR分峰图：波数为2800-3000cm1 Fig.5 FTIR peak fitting diagram of BN,QF and WY:(a)FTIR peak fitting diagram of BN with wave number of 700-900 cm;(b)FTIR peak fitting diagram of BN with wave number of 1000-1800 cm(c)FTIR peak fitting diagram of BN with wave number of 2800-3000 cm (d)FTIR peak fitting diagram of QF with wave number of 700-900 cm;(e)FTIR peak fitting diagram of QF with wave number of 1000-1800 cm;(f)FTIR peak fitting diagram of QF with wave number of 2800-3000 cm-(g)FTIR peak fitting diagram of WY with wave number of 700-900 cm(h)FTIR peak fitting diagram of WY with wave number of 1000-1800 cm;(i)FTIR peak fitting diagram of WY with wave number of 2800-3000 cm 对比分峰拟合曲线与原始实验曲线可以看出 表4各煤样红外结构参数含量 拟合效果较好，可信程度高.根据煤的红外光谱主 Table 4 Infrared structure parameter content of each coal sample 会 要吸收峰归属23，结合图5，可以得出实验煤样 Infrared structure parameter content of coal sample 中氧基团主要包括：碳氧单键(C-O)、酯基 Coal sample Aromatic Aliphatic (-COO-)、羰基(C=O)、醚氧键(-0-)和羟基 C-0C=0-0--0H-C00- hydrocarbon hydrocarbon (一OH),煤中的碳基团主要为脂肪烃与芳香烃 BN 3.957 1.677 1.9255.0955.3271.0690.060 以分峰拟合中各拟合峰的积分相对面积值作 QF 11.270 7.367 8.5912.9162.4220.6220.091 为FTIR结构参数含量，进行统计分析，结果如表4 WY 4.984 0.497 2.8900.07302500.5400.142 所示： 2.3.2基于FTIR分峰图谱的演化特征分析 过程中芳香烃和脂肪烃含量总体呈上升趋势，煤 为更加直观地呈现出煤阶演化过程中脂肪 中含氧官能团的总量先有少量的增加在气肥煤 烃、芳香烃以及烃类总量、含氧官能团总量的变 后迅速下降，总体呈下降趋势.这一变化趋势基本 化，将各类基团的数量信息绘制在图6中 符合在演化过程中增碳、脱氧的规律2-2刃，与 从图6中可以发现由不粘煤向无烟煤的演化 1C-NMR实验分析结论相似.在无烟煤中含氧官
2.3.1 FTIR 分峰拟合及结构参数计算 利用 PEAKFIT4.12 对各煤样红外光谱按照特 征峰出现位置进行分区间分峰拟合，分峰拟合结 果如图 5 所示. 700 750 800 850 900 950 −0.002 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012 0.014 (a) Absorbance Wave number/cm−1 Fitting curve Peak splitting curve Experimental curve Fitting curve Peak splitting curve Experimental curve Fitting curve Peak splitting curve Experimental curve Fitting curve Peak splitting curve Experimental curve Fitting curve Peak splitting curve Experimental curve Fitting curve Peak splitting curve Experimental curve Fitting curve Peak splitting curve Experimental curve Fitting curve Peak splitting curve Experimental curve Fitting curve Peak splitting curve Experimental curve 1000 1250 1500 1750 1980 0 0.02 0.04 0.06 0.08 −0.02 0.10 Absorbance Absorbance Absorbance Absorbance Absorbance (b) Wave number/cm−1 2800 2850 2900 2950 3000 −0.003 0 0.003 0.006 0.009 0.012 0.015 0.018 (c) Wave number/cm−1 Absorbance Absorbance 0 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 −0.005 (d) 700 750 800 850 900 950 Wave number/cm−1 Absorbance Wave number/cm−1 Wave number/cm−1 Wave number/cm−1 Wave number/cm−1 Wave number/cm−1 1100 1320 1540 1760 1980 −0.03 0 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15 (e) 2790 2880 2970 3060 3150 0 0.01 0.02 0.03 0.04 −0.01 (f) 640 720 800 880 950 −0.003 0 0.003 0.006 0.009 0.012 0.015 0.018 (g) 1050 1260 1470 1680 1890 0 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 −0.005 (h) 2790 2880 2970 3060 3150 −0.001 0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 (i) 图 5 不粘煤、气肥煤、无烟煤的 FTIR 分峰图. （a）不粘煤 FTIR 分峰图：波数为 700~900 cm−1；（b）不粘煤 FTIR 分峰图：波数为 1000~1800 cm−1 ； （c）不粘煤 FTIR 分峰图：波数为 2800~3000 cm−1；（d）气肥煤 FTIR 分峰图：波数为 700~900 cm−1；（e）气肥煤 FTIR 分峰图：波数为 1000~1800 cm−1 ； （f）气肥煤 FTIR 分峰图：波数为 2800~3000 cm−1；（g）无烟煤 FTIR 分峰图：波数为 700~900 cm−1；（h）无烟煤 FTIR 分峰图：波数为 1000~1800 cm−1 ； （i）无烟煤 FTIR 分峰图：波数为 2800~3000 cm−1 Fig.5 FTIR peak fitting diagram of BN, QF and WY：(a) FTIR peak fitting diagram of BN with wave number of 700–900 cm−1; (b) FTIR peak fitting diagram of BN with wave number of 1000–1800 cm−1; (c) FTIR peak fitting diagram of BN with wave number of 2800–3000 cm−1; (d) FTIR peak fitting diagram of QF with wave number of 700–900 cm−1; (e) FTIR peak fitting diagram of QF with wave number of 1000–1800 cm−1; (f) FTIR peak fitting diagram of QF with wave number of 2800–3000 cm−1; (g) FTIR peak fitting diagram of WY with wave number of 700–900 cm−1; (h) FTIR peak fitting diagram of WY with wave number of 1000–1800 cm−1; (i) FTIR peak fitting diagram of WY with wave number of 2800–3000 cm−1 对比分峰拟合曲线与原始实验曲线可以看出 拟合效果较好，可信程度高. 根据煤的红外光谱主 要吸收峰归属[23−24] ，结合图 5，可以得出实验煤样 中 氧 基 团 主 要 包 括 ： 碳 氧 单 键 （ C−O） 、 酯 基 （−COO−）、羰基（C=O）、醚氧键（−O−）和羟基 （−OH），煤中的碳基团主要为脂肪烃与芳香烃. 以分峰拟合中各拟合峰的积分相对面积值作 为 FTIR 结构参数含量，进行统计分析，结果如表 4 所示： 2.3.2 基于 FTIR 分峰图谱的演化特征分析 为更加直观地呈现出煤阶演化过程中脂肪 烃、芳香烃以及烃类总量、含氧官能团总量的变 化，将各类基团的数量信息绘制在图 6 中. 从图 6 中可以发现由不粘煤向无烟煤的演化 过程中芳香烃和脂肪烃含量总体呈上升趋势，煤 中含氧官能团的总量先有少量的增加在气肥煤 后迅速下降，总体呈下降趋势. 这一变化趋势基本 符合在演化过程中增碳 、脱氧的规律 [25−27] ， 与 13C−NMR 实验分析结论相似. 在无烟煤中含氧官 表 4 各煤样红外结构参数含量 Table 4 Infrared structure parameter content of each coal sample % Coal sample Infrared structure parameter content of coal sample Aromatic hydrocarbon Aliphatic hydrocarbon C−O C=O −O− −OH −COO− BN 3.957 1.677 1.925 5.095 5.327 1.069 0.060 QF 11.270 7.367 8.591 2.916 2.422 0.622 0.091 WY 4.984 0.497 2.890 0.073 0.250 0.540 0.142 林清侠等： 基于13C−NMR 和 FTIR 的煤尘润湿性定量表征 · 5 ·
工程科学学报，第44卷，第X期 Aromatic hydrocarbon 肪烃属于煤中疏水性基团，含氧官能团属于亲水 Aliphatic hydrocarbon 864 The total hydrocarbon 性基团，这种煤表面基团随变质程度加深所呈现 Total oxygen-containing 的变化规律将导致煤的疏水性增加，煤越来越难 functional groups 12 被润湿 2.4煤尘润湿性定量表征方程构建 8 2.4.1基于3C-NMR图谱与FTIR的煤尘润湿性 6 影响因素分析 为分析煤的13C-NMR结构参数与FTIR结构 BN QF WY 参数对润湿性的影响，运用SPSS软件的相关性分 Coal sample 析方法，将不同表面活性剂润湿煤尘的接触角数 图6煤样芳香烃、脂肪烃、含氧官能团变化 据与各结构参数进行分析，以OP-10对煤尘的润 Fig.6 Aromatic hydrocarbon,aliphatic hydrocarbon,and oxygen- 湿为例，分析过程如表5、表6所示，通过逐个分 containing functional group chart of the coal sample 析，各获得3组影响煤尘润湿性的主要分子结构 能团的总量最少，这也反映出随着煤变质程度的 参数，列于表7中，其中“+”代表正相关，“-”代表 加深，煤表面含氧官能团的不断脱落.芳香烃和脂 负相关，“*”在0.05水平上（双侧）显著相关 表5OP-10作用下的煤样C℃-NMR结构参数与润湿性相关性分析 Table 5 Correlation analysis of C-NMR structural parameters and wettability of OP-10 Correlation between factors Correlation factors Contact angle f 甘 骨 出 Contact angle -0.661-0.967-0.942-0.9810.442-0.637-0.9880.9890.9900.247 表6OP-10作用下的煤尘FTIR结构参数与润湿性的相关性分析 Table 6 Correlation analysis of FTIR structural parameters and wettability of OP-10 Correlation between factors Correlation factors Contact angle Aromatic hydrocarbon Aliphatic hydrocarbon C-0C=0-0--0H-C00- Contact angle 1 0.687 -0.867 0.6840.6880.5640.299-0.997 表7煤尘润湿性主要彩响因素 Table 7 Main impact factors of coal dust wettability Surfactant Influencing factors(C-NMR parameters) Influencing factors(FTIR parameters) 0P-10 ) 出+) -C00-) Aliphatic hydrocarbon (- Rapid penetrant T - +) 一0(+) OH(-） 1631 -) (-) C=0(+) 一0-(-） 由表7可以看出，在不同表面活性剂溶液中， 长，不利于煤尘亲水.上述结果均表明了煤样碳分 影响润湿性的主要因素存在差异.其中，13C-NMR 子与表面活性剂碳分子之间的结构差异性是影响 结构参数中，在OP-10作用下，含量减少，1含量 煤尘润湿性的因素之一 增加，憎水性加强，这可能与表面活性剂的碳分子 FTIR结构参数中，在OP-10作用下，COO- 结构与煤的碳链结构的差异性有关；在快速渗透 在0.05水平上（双侧）与润湿接触角呈显著负相 剂T作用下，随着含量减少，含量增加，即随着 关，是由于煤尘表面含酯基的有机物与OP-10高 与氧相关的官能团含量的增加，烷基侧链的加长， 分子结构相似，造成煤尘容易润湿，而脂肪烃的负 煤的亲水性减弱：在1631作用下，随着B、含量 相关关系体现了OP-10的脂肪碳链结构与煤尘的 减少，即芳香结构单元缩合程度减弱，烷基侧链加 疏水碳链结构具有相似性：在快速渗透剂T作用
能团的总量最少，这也反映出随着煤变质程度的 加深，煤表面含氧官能团的不断脱落. 芳香烃和脂 肪烃属于煤中疏水性基团，含氧官能团属于亲水 性基团，这种煤表面基团随变质程度加深所呈现 的变化规律将导致煤的疏水性增加，煤越来越难 被润湿. 2.4 煤尘润湿性定量表征方程构建 2.4.1 基于13C−NMR 图谱与 FTIR 的煤尘润湿性 影响因素分析 为分析煤的13C−NMR 结构参数与 FTIR 结构 参数对润湿性的影响，运用 SPSS 软件的相关性分 析方法，将不同表面活性剂润湿煤尘的接触角数 据与各结构参数进行分析，以 OP−10 对煤尘的润 湿为例，分析过程如表 5、表 6 所示，通过逐个分 析，各获得 3 组影响煤尘润湿性的主要分子结构 参数，列于表 7 中，其中“+”代表正相关，“−”代表 负相关，“*”在 0.05 水平上（双侧）显著相关. 表 5 OP−10 作用下的煤样13C−NMR 结构参数与润湿性相关性分析 Table 5 Correlation analysis of 13C−NMR structural parameters and wettability of OP−10 Correlation factors Correlation between factors Contact angle f C a f ’ a f H a f N a f P a f S a f B a f * al f H al f O al Contact angle 1 −0.661 −0.967 −0.942 −0.981 0.442 −0.637 −0.988 0.989 0.990 0.247 表 6 OP−10 作用下的煤尘 FTIR 结构参数与润湿性的相关性分析 Table 6 Correlation analysis of FTIR structural parameters and wettability of OP−10 Correlation factors Correlation between factors Contact angle Aromatic hydrocarbon Aliphatic hydrocarbon C—O C=O —O— —OH —COO— Contact angle 1 0.687 −0.867 0.684 0.688 0.564 0.299 −0.997 表 7 煤尘润湿性主要影响因素 Table 7 Main impact factors of coal dust wettability Surfactant Influencing factors (13C−NMR parameters) Influencing factors (FTIR parameters) OP−10 f B a (−) f H al (+) —COO—(−)* Aliphatic hydrocarbon (−) Rapid penetrant T f P a (−)* f S a (+) —O—(+) —OH(−) 1631 f S a (−) f B a (−) C=O(+) —O—(−) f B a f H al f P a f S a f B a f S a 由表 7 可以看出，在不同表面活性剂溶液中， 影响润湿性的主要因素存在差异. 其中，13C−NMR 结构参数中，在 OP−10 作用下， 含量减少， 含量 增加，憎水性加强，这可能与表面活性剂的碳分子 结构与煤的碳链结构的差异性有关；在快速渗透 剂 T 作用下，随着 含量减少， 含量增加，即随着 与氧相关的官能团含量的增加，烷基侧链的加长， 煤的亲水性减弱；在 1631 作用下，随着 、 含量 减少，即芳香结构单元缩合程度减弱，烷基侧链加 长，不利于煤尘亲水. 上述结果均表明了煤样碳分 子与表面活性剂碳分子之间的结构差异性是影响 煤尘润湿性的因素之一. FTIR 结构参数中，在 OP−10 作用下，−COO− 在 0.05 水平上（双侧）与润湿接触角呈显著负相 关，是由于煤尘表面含酯基的有机物与 OP−10 高 分子结构相似，造成煤尘容易润湿，而脂肪烃的负 相关关系体现了 OP−10 的脂肪碳链结构与煤尘的 疏水碳链结构具有相似性；在快速渗透剂 T 作用 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Coal sample QF WY Aromatic hydrocarbon Aliphatic hydrocarbon The total hydrocarbon Total oxygen-containing functional groups BN Content of functional groups/ % 图 6 煤样芳香烃、脂肪烃、含氧官能团变化 Fig.6 Aromatic hydrocarbon, aliphatic hydrocarbon, and oxygencontaining functional group chart of the coal sample · 6 · 工程科学学报，第 44 卷，第 X 期
林清侠等：基于IC-NMR和FTIR的煤尘润湿性定量表征 7 下，一O一和一O均与润湿接触角呈负相关，代表 与煤体分子结构相似的高分子表面活性剂 了随着含氧官能团含量的增加，润湿性得到改善； (2)'3C-NMR实验与FTIR实验均表明随着煤 在1631作用下，C=0与润湿接触角呈正相关，这 变质程度的加深，煤中含氧基团的含量总体呈下 同表面活性剂的表面氧基团分子与煤分子的表面 降趋势，疏水性的碳基团含量总体呈上升趋势，这 氧基团分子的相互作用与结构差异有关.前述分 符合煤演化过程中增碳脱氧的规律，造成煤越来 析说明了煤尘的润湿性在一定程度上受到煤表面 越难被润湿 基团含量分布及结构形式的影响 (3)通过对煤样3C-NMR与FTIR结构参数同 2.4.2煤尘润湿影响因素定量表征方程构建分析 接触角数据的相关性分析可知，在不同类型的表 将煤尘接触角数据与3种煤样的C-NMR结 面活性剂的作用下，影响煤尘润湿性的主要因素 构参数中的州、、田，FTIR结构参数中的一COO一、 具有差异性，按照OP-10、快速渗透剂T和1631 一O一、C=O的含量数据导入MATLAB的程序中， 的顺序分别为3C-NMR结构参数中的H、、, 分别以I3C-NMR、FTIR结构参数中的第一个参数 FTR结构参数中的一COO-、一O一、C=O,这种差 作为第一组自变量，第二与第三个参数为第二、三 异性主要受到了煤与表面活性剂自身的微观结构 组自变量，接触角为因变量，依次输入运行程序， 与理化性质的影响 进行各定量表征方程构建 (4)利用本文研究所获得的关键核磁与红外结 基于BC-NMR结构参数和FTIR结构参数，最 构参数，通过MATLAB构建了3个定量表征煤尘 终共建立了3个表征煤尘润湿性与煤微观分子结 润湿性的方程，可利用煤尘微观分子结构数据，快 构之间定量关系的方程 速进行煤尘润湿性的表征，为提高降尘效率提供 针对表面活性剂OP-10的煤尘润湿性定量表 参考 征方程如式(3)所示： 参考文献 y=43.13+83.54/-188.91[-C00- (3) [1]Chatterjee S,Dash A,Bandopadhyay S.Ensemble support vector 针对表面活性剂快速渗透剂T的煤尘润湿性 machine algorithm for reliability estimation of a mining machine. 定量表征方程如式(4)所示： Oual Reliab Eng Int,2015,31(8):1503 y=15.05-21.81/+0.26-0-] (4) [2]Liu S H,Cheng Y F,Meng X R,et al.Influence of particle size polydispersity on coal dust explosibility.Loss Prev Process Ind, 针对表面活性剂1631的煤尘润湿性定量表征 2018.56:444 方程如式（⑤）所示： [3] Dodson J,Li X Q,Sun N,et al.Use of coal in the bronze age in y=46.55-90.73[]+1.83[C=0] (5) China.Holocene,2014,24(5):525 [4]Weng A Q,Yuan S J,Wang X N,et al.Study on application of 其中，y为润湿接触角，[]代表煤样季碳、亚甲基 surfactant compound in coal seam water injection for dust 和次甲基的含量，后面的参数也表达了相似的意义 reduction.China Saf SciJ,2020,30(10):90 综合以上建立的定量表征方程可以看出，在 (翁安琦，袁树杰，王晓楠，等，煤层注水降尘中表面活性剂复配 不同表面活性剂作用下，煤尘润湿性接触角与煤 应用研究.中国安全科学学报，2020,30(10)：90) 微观分子结构间的定量关系不同，这也充分表明 [5]Tao Z,Wu L M,Zhang Y F,et al.Preparation and properties of 了煤尘润湿性受煤与表面活性剂自身的微观结构 biomass porous carbon composite phase change materials.ChinJ Eg,2020,42(1):113 和理化性质的影响2-0这一结果与前人的研究 (陶璋，伍玲梅，张亚飞，等.生物质多孔碳基复合相变材料制备 成果具有一致性，在今后的矿山除尘过程中可参 及性能.工程科学学报，2020,42(1)：113) 考此定量表征方程对煤尘润湿性进行快速测定， [6]Yin S H,Wang L M,Wu A X,et al.Progress of research in copper 便于选用适宜的表面活性剂，提高降尘效率 bioleaching technology in China.Chin/Eng,2019,41():143 (尹升华，王雷鸣，吴爱样，等，我国铜矿微生物浸出技术的研究 3结论 进展.工程科学学报，2019,41(2)：143) [7]Zhao Z B,Yang C,Sun C Y,et al.Experimental study of coal dust (1)通过润湿性实验可知，不同类型的表面活 wettability.JChina Coal Soc,2011,36(3):442 性剂对不同类型煤样的润湿规律表现出了很大的 (赵振保，杨晨，孙春燕，等.煤尘润湿性的实验研究煤炭学报 差异性，结合本文研究所得的煤样碳-氧基团信 2011,36(3):442) 息，根据极性相似相溶原理，在煤矿除尘时可选择 [8]Cheng W M,Xue J,Zhou G,et al.Study of coal dust wettability
下，−O−和−OH 均与润湿接触角呈负相关，代表 了随着含氧官能团含量的增加，润湿性得到改善； 在 1631 作用下，C=O 与润湿接触角呈正相关，这 同表面活性剂的表面氧基团分子与煤分子的表面 氧基团分子的相互作用与结构差异有关. 前述分 析说明了煤尘的润湿性在一定程度上受到煤表面 基团含量分布及结构形式的影响. 2.4.2 煤尘润湿影响因素定量表征方程构建分析 f H al f P a f B a 将煤尘接触角数据与 3 种煤样的13C−NMR 结 构参数中的 、 、 ，FTIR 结构参数中的−COO−、 −O−、C=O 的含量数据导入 MATLAB 的程序中， 分别以13C−NMR、FTIR 结构参数中的第一个参数 作为第一组自变量，第二与第三个参数为第二、三 组自变量，接触角为因变量，依次输入运行程序， 进行各定量表征方程构建. 基于13C−NMR 结构参数和 FTIR 结构参数，最 终共建立了 3 个表征煤尘润湿性与煤微观分子结 构之间定量关系的方程. 针对表面活性剂 OP−10 的煤尘润湿性定量表 征方程如式 (3) 所示： y =43.13 + 83.54[ f H al ] −188.91[−COO−] （3） 针对表面活性剂快速渗透剂 T 的煤尘润湿性 定量表征方程如式 (4) 所示： y =15.05−21.81[ f P a ] + 0.26[−O−] （4） 针对表面活性剂 1631 的煤尘润湿性定量表征 方程如式 (5) 所示： y =46.55−90.73[ f B a ] + 1.83[C = O] （5） f H 其中， al y 为润湿接触角，[ ] 代表煤样季碳、亚甲基 和次甲基的含量，后面的参数也表达了相似的意义. 综合以上建立的定量表征方程可以看出，在 不同表面活性剂作用下，煤尘润湿性接触角与煤 微观分子结构间的定量关系不同. 这也充分表明 了煤尘润湿性受煤与表面活性剂自身的微观结构 和理化性质的影响[28−30] . 这一结果与前人的研究 成果具有一致性，在今后的矿山除尘过程中可参 考此定量表征方程对煤尘润湿性进行快速测定， 便于选用适宜的表面活性剂，提高降尘效率. 3 结论 (1) 通过润湿性实验可知，不同类型的表面活 性剂对不同类型煤样的润湿规律表现出了很大的 差异性，结合本文研究所得的煤样碳−氧基团信 息，根据极性相似相溶原理，在煤矿除尘时可选择 与煤体分子结构相似的高分子表面活性剂. (2)13C−NMR 实验与 FTIR 实验均表明随着煤 变质程度的加深，煤中含氧基团的含量总体呈下 降趋势，疏水性的碳基团含量总体呈上升趋势，这 符合煤演化过程中增碳脱氧的规律，造成煤越来 越难被润湿. f H al f P a f B a (3) 通过对煤样13C−NMR 与 FTIR 结构参数同 接触角数据的相关性分析可知，在不同类型的表 面活性剂的作用下，影响煤尘润湿性的主要因素 具有差异性，按照 OP−10、快速渗透剂 T 和 1631 的顺序分别为13C−NMR 结构参数中的 、 、 ， FTIR 结构参数中的−COO−、−O−、C=O，这种差 异性主要受到了煤与表面活性剂自身的微观结构 与理化性质的影响. (4) 利用本文研究所获得的关键核磁与红外结 构参数，通过 MATLAB 构建了 3 个定量表征煤尘 润湿性的方程，可利用煤尘微观分子结构数据，快 速进行煤尘润湿性的表征，为提高降尘效率提供 参考. 参 考 文 献 Chatterjee S, Dash A, Bandopadhyay S. Ensemble support vector machine algorithm for reliability estimation of a mining machine. Qual Reliab Eng Int, 2015, 31（8）: 1503 [1] Liu S H, Cheng Y F, Meng X R, et al. Influence of particle size polydispersity on coal dust explosibility. J Loss Prev Process Ind, 2018, 56: 444 [2] Dodson J, Li X Q, Sun N, et al. Use of coal in the bronze age in China. Holocene, 2014, 24（5）: 525 [3] Weng A Q, Yuan S J, Wang X N, et al. Study on application of surfactant compound in coal seam water injection for dust reduction. China Saf Sci J, 2020, 30（10）: 90 （翁安琦, 袁树杰, 王晓楠, 等. 煤层注水降尘中表面活性剂复配 应用研究. 中国安全科学学报, 2020, 30（10）：90） [4] Tao Z, Wu L M, Zhang Y F, et al. Preparation and properties of biomass porous carbon composite phase change materials. Chin J Eng, 2020, 42（1）: 113 （陶璋, 伍玲梅, 张亚飞, 等. 生物质多孔碳基复合相变材料制备 及性能. 工程科学学报, 2020, 42（1）：113） [5] Yin S H, Wang L M, Wu A X, et al. Progress of research in copper bioleaching technology in China. Chin J Eng, 2019, 41（2）: 143 （尹升华, 王雷鸣, 吴爱祥, 等. 我国铜矿微生物浸出技术的研究 进展. 工程科学学报, 2019, 41（2）：143） [6] Zhao Z B, Yang C, Sun C Y, et al. Experimental study of coal dust wettability. J China Coal Soc, 2011, 36（3）: 442 （赵振保, 杨晨, 孙春燕, 等. 煤尘润湿性的实验研究. 煤炭学报, 2011, 36（3）：442） [7] [8] Cheng W M, Xue J, Zhou G, et al. Study of coal dust wettability 林清侠等： 基于13C−NMR 和 FTIR 的煤尘润湿性定量表征 · 7 ·
工程科学学报，第44卷，第X期 based on FTIR.J China Coal Soc,2014,39(11):2256 构演化机理.煤炭科学技术，2019,47(11)：239) (程卫民，薛娇，周刚，等.基于红外光谱的煤尘润湿性.煤炭学 [20]An W B,Wang L G.Mechanical properties and modification of 报，2014,39(11)：2256) coal under the action of surfactant.J China Coal Soc,2020. [9]Zhou G,Cheng W M,Xu C C,et al.Characteristic analysis of 45(12):4074 C-NMR for the wettability difference of coal dust with diverse (安文博，王来贵.表面活性剂作用下煤体力学特性及改性规律. degrees of metamorphism.J China Coal Soc,2015,40(12):2849 煤炭学报，2020,45(12)：4074) (周刚，程卫民，徐翠翠，等.不同变质程度煤尘润湿性差异的 [21]Cheng W M,Xu CC,Zhou G.Evolution law of carbon and 1C-NMR特征解析.煤炭学报，2015,40(12)：2849) oxygen groups on coal surface with increasing metamorphic grade [10]Xu HH,Li M,Shu X Q,et al.Analysis on moist performance and its effect on wettability.J Fuel Chem Technol,2016,44(3): measuring technology of coal dust.Coal Sci Technol,2009. 295 37(10):47 (程卫民，徐翠翠，周刚.煤尘表面碳、氧基团随变质增加的演化 (徐海宏，李满，舒新前，等.煤尘润湿性能测试技术分析，煤炭 规律及其对润湿性的影响.燃料化学学报，2016,44(3)：295) 科学技术，2009,37(10)：47) [22]Wang P F,Tan X H,Zhang L Y,et al.Influence of particle [11]Wang S Q,Tang Y G,Chen H,et al.Chemical structural diameter on the wettability of coal dust and the dust suppression transformations of different coal components at the similar coal efficiency via spraying.Process SafEnviron Prot,019,132:189 rank by HRTEM in situ heating.Fuel,2018,218:140 [23]Feng L,Zhao G Y,Zhao YY,et al.Construction of the molecular [12]Guo D Y,Ye J W,Wang Q B,et al.FTIR and C NMR structure model of the Shengli lignite using TG-GC/MS and FTIR characterizations for deformed coal in Pingdingshan mining.J spectrometry data.Fuel,2017,203:924 China Coal Soc,2016,41(12):3040 [24]Liu J X,Jiang Y Z,Yao W,et al.Molecular characterization of (郭德勇，叶建伟，王启宝，等.平顶山矿区构造煤傅里叶红外光 Henan anthracite coal.Energy Fuels,2019,33(7):6215 谐和℃核磁共振研究.煤炭学报，2016,41(12)：3040) [25]Ma R J,Zhang S,Hou DD,et al.Model construction and [13]Zhou G,Xu CC,Qiu H.Analysis of the low wettability about the optimization of molecule structure of high-rank coal in Feng bituminous coal dust with medium metamorphic grade based on County,Shaanxi Province.J China Coal Soc,2019,44(6):1827 NMR and XPS experiment.Chem Ind Eng Prog,2016,35(11): (马汝嘉，张帅，侯丹丹，等.陕西凤县高煤级煤分子结构模型的 3441 构建与结构优化.煤炭学报，2019,44(6)：1827) (周刚，徐翠翠，邱晗.基于核磁-能谱实验的中变质烟煤煤尘低 [26]Guo D Y,Guo X J,Liu Q J,et al.Study of molecular structure 润湿性分析.化工进展，2016.35(11)：3441) [14]Ping A,Xia WC,Peng Y L,et al.Construction of bituminous coal evolution and dynamic metamorphism of bituminous deformed coal.J China Univ Min Technol,2019,48(5):1036 vitrinite and inertinite molecular assisted by C-NMR,FTIR and (郭德勇，郭晓洁，刘庆军，等，烟煤级构造煤分子结构演化及动 XPS.JMol Struct,2020,1222:128959 [15]Yao Q G,Xu C C,Zhang Y S,et al.Micromechanism of coal dust 力变质作用研究.中国矿业大学学报，2019,48(5)：1036) wettability and its effect on the selection and development of dust [27]Hao P Y.Meng Y J.Zeng F G,et al.Quantitative study of suppressants.Process Saf Environ Prot,2017,111:726 chemical structures of different rank coals based on infrared [16]Qin T,Jiang S G,Zhang W Q.Research progress on coal spectroscopy.Spectrosc Spectr Anal,2020,40(3):787 wettability.SafCoal Mines,2017,48(9):163 (郝盼云，孟艳军，曾凡桂，等，红外光谱定量研究不同煤阶煤的 (秦桐，蒋曙光，张卫清.煤的润湿性研究进展.煤矿安全，2017， 化学结构.光谱学与光谱分析，2020,40(3)：787) 48(9):163) [28]Zhang L,Li B,Xia Y C,et al.Wettability modification of Wender [17]Zheng L,Liu Z Q,Li D W,et al.Micromechanism analysis of lignite by adsorption of dodecyl poly ethoxylated surfactants with surfactant wetting of coal based onC NMR experiments.4CS different degree of ethoxylation:A molecular dynamics simulation 0mega,2021,6(2):1378 study.J Mol Graph Model,2017,76:106 [18]Su X B,Si Q,Song J X.Characteristics of coal Raman spectrum.J [29]Wang X N,Yuan S J,Jiang B Y.Experimental investigation of the China Coal Soc,2016,41(5):1197 wetting ability of surfactants to coals dust based on physical (苏现波，司青，宋金星.煤的拉曼光谱特征.煤炭学报，2016 chemistry characteristics of the different coal samples.Ady Powder 41(5):1197) Technol,,2019,30(8):1696 [19]Fan S L,Li Y B,Song D Y,et al.Macromolecular structure [30]Li J Y,Li K Q.Influence factors of coal surface wettability.J evolution mechanism of tectonically deformed coal under different China Coal Soc,2016,41(Suppl 2):448 deformation mechanisms.Coal Sci Technol,2019,47(11):239 (李娇阳，李凯琦.煤表面润湿性的影响因素.煤炭学报，2016， (范顺利，李云波，宋党育，等.不同变形机制下构造煤大分子结 41(增刊2448)
based on FTIR. J China Coal Soc, 2014, 39（11）: 2256 （程卫民, 薛娇, 周刚, 等. 基于红外光谱的煤尘润湿性. 煤炭学 报, 2014, 39（11）：2256） Zhou G, Cheng W M, Xu C C, et al. Characteristic analysis of 13C-NMR for the wettability difference of coal dust with diverse degrees of metamorphism. J China Coal Soc, 2015, 40（12）: 2849 （周刚, 程卫民, 徐翠翠, 等. 不同变质程度煤尘润湿性差异的 13C-NMR特征解析. 煤炭学报, 2015, 40（12）：2849） [9] Xu H H, Li M, Shu X Q, et al. Analysis on moist performance measuring technology of coal dust. Coal Sci Technol, 2009, 37（10）: 47 （徐海宏, 李满, 舒新前, 等. 煤尘润湿性能测试技术分析. 煤炭 科学技术, 2009, 37（10）：47） [10] Wang S Q, Tang Y G, Chen H, et al. Chemical structural transformations of different coal components at the similar coal rank by HRTEM in situ heating. Fuel, 2018, 218: 140 [11] Guo D Y, Ye J W, Wang Q B, et al. FTIR and 13C NMR characterizations for deformed coal in Pingdingshan mining. J China Coal Soc, 2016, 41（12）: 3040 （郭德勇, 叶建伟, 王启宝, 等. 平顶山矿区构造煤傅里叶红外光 谱和13C核磁共振研究. 煤炭学报, 2016, 41（12）：3040） [12] Zhou G, Xu C C, Qiu H. Analysis of the low wettability about the bituminous coal dust with medium metamorphic grade based on NMR and XPS experiment. Chem Ind Eng Prog, 2016, 35（11）: 3441 （周刚, 徐翠翠, 邱晗. 基于核磁-能谱实验的中变质烟煤煤尘低 润湿性分析. 化工进展, 2016, 35（11）：3441） [13] Ping A, Xia W C, Peng Y L, et al. Construction of bituminous coal vitrinite and inertinite molecular assisted by 13C-NMR, FTIR and XPS. J Mol Struct, 2020, 1222: 128959 [14] Yao Q G, Xu C C, Zhang Y S, et al. Micromechanism of coal dust wettability and its effect on the selection and development of dust suppressants. Process Saf Environ Prot, 2017, 111: 726 [15] Qin T, Jiang S G, Zhang W Q. Research progress on coal wettability. Saf Coal Mines, 2017, 48（9）: 163 （秦桐, 蒋曙光, 张卫清. 煤的润湿性研究进展. 煤矿安全, 2017, 48（9）：163） [16] Zheng L, Liu Z Q, Li D W, et al. Micromechanism analysis of surfactant wetting of coal based on 13C NMR experiments. ACS Omega, 2021, 6（2）: 1378 [17] Su X B, Si Q, Song J X. Characteristics of coal Raman spectrum. J China Coal Soc, 2016, 41（5）: 1197 （苏现波, 司青, 宋金星. 煤的拉曼光谱特征. 煤炭学报, 2016, 41（5）：1197） [18] Fan S L, Li Y B, Song D Y, et al. Macromolecular structure evolution mechanism of tectonically deformed coal under different deformation mechanisms. Coal Sci Technol, 2019, 47（11）: 239 （范顺利, 李云波, 宋党育, 等. 不同变形机制下构造煤大分子结 [19] 构演化机理. 煤炭科学技术, 2019, 47（11）：239） An W B, Wang L G. Mechanical properties and modification of coal under the action of surfactant. J China Coal Soc, 2020, 45（12）: 4074 （安文博, 王来贵. 表面活性剂作用下煤体力学特性及改性规律. 煤炭学报, 2020, 45（12）：4074） [20] Cheng W M, Xu C C, Zhou G. Evolution law of carbon and oxygen groups on coal surface with increasing metamorphic grade and its effect on wettability. J Fuel Chem Technol, 2016, 44（3）: 295 （程卫民, 徐翠翠, 周刚. 煤尘表面碳、氧基团随变质增加的演化 规律及其对润湿性的影响. 燃料化学学报, 2016, 44（3）：295） [21] Wang P F, Tan X H, Zhang L Y, et al. Influence of particle diameter on the wettability of coal dust and the dust suppression efficiency via spraying. Process Saf Environ Prot, 2019, 132: 189 [22] Feng L, Zhao G Y, Zhao Y Y, et al. Construction of the molecular structure model of the Shengli lignite using TG-GC/MS and FTIR spectrometry data. Fuel, 2017, 203: 924 [23] Liu J X, Jiang Y Z, Yao W, et al. Molecular characterization of Henan anthracite coal. Energy Fuels, 2019, 33（7）: 6215 [24] Ma R J, Zhang S, Hou D D, et al. Model construction and optimization of molecule structure of high-rank coal in Feng County, Shaanxi Province. J China Coal Soc, 2019, 44（6）: 1827 （马汝嘉, 张帅, 侯丹丹, 等. 陕西凤县高煤级煤分子结构模型的 构建与结构优化. 煤炭学报, 2019, 44（6）：1827） [25] Guo D Y, Guo X J, Liu Q J, et al. Study of molecular structure evolution and dynamic metamorphism of bituminous deformed coal. J China Univ Min Technol, 2019, 48（5）: 1036 （郭德勇, 郭晓洁, 刘庆军, 等. 烟煤级构造煤分子结构演化及动 力变质作用研究. 中国矿业大学学报, 2019, 48（5）：1036） [26] Hao P Y, Meng Y J, Zeng F G, et al. Quantitative study of chemical structures of different rank coals based on infrared spectroscopy. Spectrosc Spectr Anal, 2020, 40（3）: 787 （郝盼云, 孟艳军, 曾凡桂, 等. 红外光谱定量研究不同煤阶煤的 化学结构. 光谱学与光谱分析, 2020, 40（3）：787） [27] Zhang L, Li B, Xia Y C, et al. Wettability modification of Wender lignite by adsorption of dodecyl poly ethoxylated surfactants with different degree of ethoxylation: A molecular dynamics simulation study. J Mol Graph Model, 2017, 76: 106 [28] Wang X N, Yuan S J, Jiang B Y. Experimental investigation of the wetting ability of surfactants to coals dust based on physical chemistry characteristics of the different coal samples. Adv Powder Technol, 2019, 30（8）: 1696 [29] Li J Y, Li K Q. Influence factors of coal surface wettability. J China Coal Soc, 2016, 41(Suppl 2): 448 （ 李娇阳, 李凯琦. 煤表面润湿性的影响因素. 煤炭学报, 2016, 41(增刊2): 448） [30] · 8 · 工程科学学报，第 44 卷，第 X 期