一种用于低阶煤浮选的纳米粒子捕收剂及制备方法与流程

本发明属于矿物浮选技术领域，涉及一种捕收剂制备方法，具体涉及一种用于低阶煤浮选的纳米粒子捕收剂及制备方法。

背景技术：

低阶煤是指变质程度较低的褐煤、长焰煤、不黏煤、弱黏煤以及部分气煤，我国低阶煤资源丰富，占煤炭资源储量的50％以上。低阶煤在开采和分选过程中产生的煤泥量大，浮选是分选细粒煤泥应用最广泛、效率最高的选煤方法之一。然而低阶煤变质程度低、颗粒表面含氧官能团多、天然可浮性差且孔隙发达，造成浮选分离时药剂消耗大、效率低，因此开发高效的低阶煤浮选捕收剂迫在眉睫。对此，部分学者采用了具有含氧官能团的极性捕收剂，如四氢呋喃及同系物，该类捕收剂的极性基团与低阶煤表面的含氧官能团结合形成氢键，增大煤表面疏水性，取得了优于常规烃类油捕收剂(煤油、柴油)的浮选指标。

纳米粒子具有量子尺寸效应、体积效应、表面与界面效应、宏观量子隧道效应，还具有温度、pH、电场和磁场等响应性，其制备与应用已渗透到化学、生物学、光学、电子学、磁学、机械学、功能材料科学等多个领域，引起了人们的广泛关注。超疏水材料研究表明，纳米粒子在材料表面的粘附，可以提高材料的疏水性，粘附达到一定程度就会产生超疏水现象。矿物表面的疏水性对矿物可浮性和浮选效率起着决定性作用。由此得到启示，通过在矿物表面附着疏水性的纳米粒子，在矿物表面产生纳米级粗糙结构，提高矿物表面疏水性，增强矿物浮选效率。纳米粒子作为浮选捕收剂尚处于起步阶段，仅有少量文献报道了其在矿物浮选中的应用，如李小婷采用常规乳液聚合制备出阳离子型聚苯乙烯纳米粒子作为新型煤炭浮选捕收剂，参见李小婷，硕士论文，太原理工大学，2014；曹明强采用常规乳液聚合制备出阳离子型和阴离子型两种聚苯乙烯纳米粒子作为浮选捕收剂，参见曹明强，硕士论文，太原理工大学，2016。但是这两种纳米粒子只是表面带正负电荷的聚合物纳米粒子，并不是针对低阶煤表面性质设计的功能化纳米粒子，表面具有特性基团、能与低阶煤表面含氧官能团发生结合的功能化纳米粒子捕收剂还尚未报道。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种用于低阶煤浮选的纳米粒子捕收剂及制备方法。

一种用于低阶煤浮选的纳米粒子捕收剂，所述纳米粒子捕收剂为表面具有四氢呋喃基的单分散聚合物纳米微球。

优选的，所述纳米粒子捕收剂的直径为100～300nm。

一种用于低阶煤浮选的纳米粒子捕收剂的制备方法，步骤为：将苯乙烯、功能单体T、交联剂和超纯水加入到反应装置内，通入氮气，以350r/min的转速搅拌混合30min后升温至70℃；接着加入引发剂，继续维持350r/min的转速搅拌，在氮气保护下继续反应6h；反应得到的纳米乳液加入超纯水分散再经离心纯化后，制得纳米粒子捕收剂。

优选的，所述苯乙烯、交联剂、引发剂的摩尔比为60：10：1。

优选的，所述苯乙烯和功能单体T的摩尔比为10:1～2:1。

优选的，所述功能单体T为甲基丙烯酸四氢呋喃酯。

优选的，所述交联剂为二乙烯基苯。

优选的，所述引发剂为过硫酸钾。

本发明的有益效果是：

本发明采用了一步无皂乳液聚合法，可以避免乳化剂加入对聚合物性质的影响，降低制备成本、简化乳化剂的后处理工艺，而且制备的纳米粒子表面“洁净”、具有单分散性；在制备过程中添加了功能单体，得到具有表面化学能的功能化纳米粒子，它含有对低阶煤具有选择性吸附作用的基团，与普通的纳米粒子相比提高了选择性；本纳米粒子浮选捕收剂为C、H、O组成的有机物质，与煤粒所含元素一致，不会引入杂质元素；与传统烃类油捕收剂相比，本纳米粒子浮选捕收剂具有更好的分散性，与煤粒作用效率高，而且可以在煤粒表面形成纳米级粗糙结构，增强煤粒表面疏水性，提高浮选指标。本发明纳米粒子捕收剂制备方法具有工艺简单、操作简便和易于控制等优点。

附图说明

图1是本发明一步无皂乳液聚合法制备纳米粒子捕收剂示意图。

图2是本发明纳米粒子捕收剂在低阶煤浮选精煤表面吸附的电子探针照片。

图中：St-苯乙烯；DVB-二乙烯基苯；THFMA-甲基丙烯酸四氢呋喃酯；KPS-过硫酸钾。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。

实施例

如图1所示，采用一步无皂乳液聚合法制备纳米粒子捕收剂，包括如下步骤：

(1)按照表1中的配方摩尔比例，分别称取苯乙烯(St)1.36g、二乙烯基苯(DVB)0.28g和一定重量的甲基丙烯酸四氢呋喃酯(THFMA)，置于盛有100ml超纯水的250ml三口圆底烧瓶中，密封。

(2)在通入氮气的条件下，以350r/min的转速搅拌混合30min后升温至70℃。

(3)称取0.058g过硫酸钾(KPS)，溶解在5ml超纯水中，注射入三口烧瓶，维持350r/min的转速搅拌，在氮气保护下反应6h。

(4)将反应得到的纳米乳液加入超纯水分散再经离心纯化后，制得纳米粒子捕收剂。

(5)浮选试验。低阶煤纯矿物(低灰精煤)浮选试验采用1.0L XFD型挂槽浮选机，主轴转速是1900r/min。称取25g煤样倒入盛有自来水的浮选槽中，按用量3000g/t加入纳米乳液搅拌3min，按用量300g/t加入起泡剂(仲辛醇)，搅拌30s后，通入空气进行刮泡2min，刮出的泡沫和槽底的残留物分别过滤、烘干和称重，计算得到产品可燃体回收率，并采用场发射电子探针显微分析仪(EPMA)观察纳米粒子捕收剂在低阶煤表面的吸附形貌。另外，不加入捕收剂保持其他条件相同，进行一组空白对照试验。试验结果如下表1所示：

表1试验结果

从表1可以看出，本发明纳米粒子捕收剂的浮选精煤回收率显著高于空白对照组，这反映了本发明纳米粒子捕收剂对低阶煤的良好回收能力，当St:DVB:THFMA:KPS的摩尔比为60:10:30:1时，精煤回收率最高，达到了80.52％；如图2所示，本发明纳米粒子捕收剂在低阶煤表面发生了特性吸附。

以上所述仅是本发明的部分实施例而已，并不能限制本发明，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。