电化学强化无烟煤吸水性的实验研究 论文

煤层注水是一种常见的降低工作面粉尘、防止瓦斯突出的有效方法，然而无烟煤由于其疏水性强，使得传统的煤层注水效果不尽如人意。为了解决这一问题，研究者们尝试了电化学方法，这种方法可以显著提高无烟煤表面的润湿性，并增加煤层的孔隙度，从而达到强化煤层注水的目的。

在一项实验中，研究者使用0.05 mol/L的Na2SO4电解液对山西晋城寺河煤矿的无烟煤进行了电化学改性，并对改性前后煤样的吸水性能、表面特性和孔隙特征进行了详细测试和分析。结果显示，经过电化学改性后，煤样的含水率随着吸水时间的增加先增大后减小，最后逐渐趋于稳定。与未经处理的自然煤样相比，改性后的阳极、中间和阴极区域煤样的自然吸水率分别提高了72.57%、87.14%和102.29%。这表明电化学改性对无烟煤的吸水能力有着显著的提升作用。

在电化学过程中，阳极区域发生了氧化反应，使煤样中的芳烃和脂肪烃被氧化为含氧官能基团，增强了表面润湿性。实验结果表明，经过处理后，煤样的动态接触角降低了25.96°，同时煤表面的ζ电位达到了21.38 mV。在中间和阴极区域，发生了还原反应，导致煤样中的烷基支链脱落，芳环发生裂解，氧的相对含量增加，使得煤样的动态接触角分别降低了20.40°和15.21°，ζ电位分别为-68.47 mV和-80.01 mV。

这些结果与其他关于无烟煤改性的研究相一致。一项对氧化无烟煤的化学活化机理及其电化学性能的研究指出，电化学改性不仅可以增强无烟煤的吸水性，还能够改善其表面化学性质，从而进一步优化煤层注水效果。更多关于该研究的细节可以参考此链接。

其他相关研究，如低温氧化对无烟煤表面亲疏水性的影响，也对无烟煤的表面特性变化进行了详细探讨，这些研究进一步证实了电化学改性在提高无烟煤吸水性方面的潜力。相关研究可以通过这里了解更多。

通过这些研究，我们可以看出，电化学方法在处理无烟煤的疏水性问题上具有显著优势，能够有效提高煤层注水的效率，进而提高矿井的安全性和生产效率。

Q1：电化学改性在不同种类的煤炭上表现如何？

Q2：除了电化学方法，还有哪些改进无烟煤润湿性的有效手段？

Q3：电化学方法对其他矿物的表面改性是否也有效？

Q4：如何在工业规模上应用电化学改性来处理大量无烟煤？

Q5：电化学改性过程中出现的还原反应会对煤炭的燃烧性能产生什么影响？