Подготовка поверхности угля для измерений контактного угла

Образцы угля разных рангов шлифовали шкурками из карбида кремния (зернистость от #60 до #1200) и оксидом алюминия (алмазоподобным абразивом) с размерами частиц от 5 до 0,05 μm. Шероховатость поверхности угля и загрязнение (частицами оксида алюминия) исследовали с помощью растровой электронной микроскопии и атомно-силовой микроскопии. Передние и задние контактные углы воды измеряли на таких поверхностях, варьируя размер пузыря и используя технику захваченного пузыря. Установлено, что шкурка из карбида кремния стирала все компоненты поверхности угля, т.е. как органическое, так и неорганическое вещество, на сходную глубину. Шероховатость поверхности угля, вызванная шлифованием шкурками из карбида кремния, влияла на гистерезис контактного угла и зависимость контактного угла от размера пузыря. Шлифование образцов угля порошком оксида алюминия уменьшало микрошероховатость поверхности, но вызывало образование грубых структур на макроуровне и приводило к выступанию минеральных включений над гладким органическим веществом. Это явление обусловлено гетерогенностью образцов угля, состоящих из минералов и макералов с различными значениями твердости. Шероховатость на макроуровне была легко различима и существенно влияла на измеряемые контактные углы при шлифовании поверхности грубыми порошками оксида алюминия диаметром 5 и 1 μm. Влияние шероховатости поверхности на передние и задние контактные углы воды было значительно снижено (если не полностью устранено), когда поверхность угля на последнем этапе шлифовали волокнистой тканью (CHEMOMET) после шлифования порошком оксида алюминия 0,05 (0,06) μm. Микроскопическое наблюдение показало, что для удаления частиц оксида алюминия, оставшихся на поверхности после предыдущих операций, требуются соответствующая ультразвуковая обработка (8–10 мин в ультразвуковой ванне, заполненной водой) и механическая очистка (полирование тканью CHEMOMET). Предлагаемая в статье улучшенная методология подготовки поверхности угля перед измерениями контактного угла включает шлифование серией абразивных шкурок и порошком оксида алюминия 0,05 (0,06) μm, полирование и очистку волокнистой тканью (например, CHEMOMET) и, наконец, продолжительную очистку в ультразвуковой ванне с водой.