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  • ISSN:0253-9993
  • CN: 11-2190/TD

《煤炭学报》

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颗粒气泡粘附科学——基于AFM和DWFA的颗粒气泡间疏水作用力研究

作者(Author):

  • 邢耀文
  • 桂夏辉
  • 韩海生
  • 孙伟
  • 曹亦俊
  • 刘炯天

作者单位:

  • 中国矿业大学国家煤加工与洁净化工程技术研究中心
  • 中南大学资源加工与生物工程学院
  • 郑州大学河南资源与材料产业
  • 河南省协同创新中心

关键词:

  • 颗粒-气泡
  • 粘附
  • 疏水力
  • AFM
  • DWFA
  • 摘要
  • 论文图表
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  • 引用格式
为探索颗粒气泡体系疏水力的长程及短程来源机制,分别采用原子力显微镜(AFM)和浮选动态润湿膜分析仪(DWFA)对气泡与同一疏水玻璃基板间的疏水力进行测试。AFM发现气泡与亲水性玻璃基板间的相互作用力为单调斥力作用,亲水性玻璃气泡间的范德华作用力和静电力均表现为排斥力,体系不存在诱发液膜失稳的引力作用项。疏水性颗粒气泡间的液膜是不稳定的,当负载力到达19.3 nN时,力曲线中观察到了明显的跳入粘附现象。疏水玻璃与气泡间的疏水力以3.50 nm的衰减长度按单指数模型衰减,液膜在32.96 nm临界破裂厚度处破裂。该疏水力倾向于一种短程力(<50 nm),其源自界面的水分子重排熵效应。DWFA法同样发现亲水性玻璃基板与气泡间的液膜是稳定的,当总分离压力与气泡内部拉普拉斯压力相等时,液膜到达133 nm的平衡膜厚度。疏水性玻璃基板与气泡间的液膜是不稳定的,液膜发生快速薄化并分别185 nm临界膜厚处破裂。对疏水力进行定量求解发现该力以47.30nm的衰减长度衰减,所获得的疏水力为一种长程作用力,该力源于固液界面纳米气泡空化效应。AFM和DWFA排液试验中所用的气泡尺寸分别为微米级及毫米级,疏水力受气泡本身的尺寸影响,与气泡表面的毛细波传播有关,在吸引力作用下大气泡表面会形成更强烈的毛细波震荡。由于疏水界面水分子的热力学不稳定性,这种界面波动会诱发疏水固液界面空化气泡的析出,增加了引力作用程。
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