阳离子Gemini表面活性剂对内蒙煤表面润湿性及成浆性能研究

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1、１学校代码：０７０８论文分类号：２５０８０５６学号：１淡岛斜孩大莩ＳＨＡＡＫＸＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥＡＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ硕士学位论文’ＴｈｅｓｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒｓＤｅｇｒｅｅ阳离子Ｇｅｍｉｎｉ表面活性剂对内蒙煤表面润湿性及成浆性能研究杜倩指导教师姓名：张光华教授！ＩＩ＞学科名称：应用化学论文提交日期：２０１８年３月５论文答辩日期：２０１８年月学位授予单位：陕西科技大学邏ＩＩ■｜ＩｆＩＩＩ申请工学硕士学位论文论文题目：阳离子Gemini表面活性剂对内蒙煤表面润湿性

2、及成浆性能研究学科门类：工学一级学科：化学工程与技术培养单位：化学与化工学院硕士生：杜倩导师：张光华教授2018年5月WettabilityandSlurryPerformanceofInnerMongoliaCoalUsingCationicGeminiSurfactantsAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceByQianDuSup

3、ervisor:Prof.GuanghuaZhangMay2018阳离子Gemini表面活性剂对内蒙煤表面润湿性及成浆性能研究摘要近年来，环境污染严重，能源短缺，使得一些新型能源产业不断涌现。水煤浆作为新型环保燃料深受国内外学者关注，而我国褐煤资源丰富，尤其是内蒙古东部的褐煤占全国总褐煤量的77.55%，褐煤内水含量高、含氧官能团丰富、孔隙多等问题是褐煤难制成高浓度水煤浆所面临的问题，因此寻找能解决这些问题的方法显得尤为重要。本文选用热改性和表面化学改性结合的方法，用于提高褐煤（内蒙煤）的成浆浓度。根据内蒙煤所包含的分子结构和亲水基团，设计合成三类阳离子Gemi

4、ni表面活性剂。以正丙醇为溶剂，十二烷基二甲基叔胺(12DMA)分别与1,3-二溴丙烷和环氧氯丙烷通过亲核取代反应合成第一类连接基为带羟基或亚甲基的阳离子Gemini表面活性剂(SAA-1,SAA-2)；运用同样的合成原理，以12DMA或16DMA和对二氯苄为原料，合成出第二类苯环型阳离子Gemini表面活性剂(Cn-B-Cn)；以12DMA或16DMA、KH540、环氧氯丙烷为原料，合成出第三类螯合型Gemini表面活性剂(mDE-Si-mDE)。分别1通过FT-IR和HNMR对三类表面活性剂结构进行表征，并对其临界胶束浓度(cmc)、泡沫性、乳化性能进行测定

5、。最后将合成的三类阳离子Gemini表面活性剂应用于内蒙煤，并分别分析SAA、Cn-B-Cn和mDE-Si-mDE在煤粒表面修饰前后的润湿性、吸附以及成浆性能影响。首先，采用接触角测量仪、纳米粒度表面电位分析仪、X射线光电子能谱仪等对SAA进行测试，结果表明，SAA的作用效果高于单子阳离子表面活性剂(CTAB)。SAA-2主要以季铵盐的正电荷为活性吸附点，即其在煤表面饱和吸附量可达2.95mg/g，修饰后煤表面接触角增大至70.89°，修饰后煤粒与分散剂形成的复合煤粒表面Zeta电位达-37.4mV，用于制浆时最大浓度可达57%，此时表观粘度为723mPa·s。

6、SAA-1除了与SAA-2有相同吸附点外，还有连接基处的羟基可与煤粒表面的含氧基团通过氢键作用形成吸附。故SAA-1在煤表面饱和吸附量可达3.17mg/g，接触角增大至85.08°，修饰后煤粒与分散剂形成的复合颗粒表面Zeta电位达-49.6mV，用于制浆时最大浓度可达57%，此时表观粘度为676mPa·s，分散效果更佳。I其次，分析了带有苯环基Cn-B-Cn对煤表面的作用机制。结果表明，Cn-B-Cn与煤粒可通过静电作用和芳环间的疏水作用力结合，修饰后煤表面接触角从42.50°增大到95.47°，Zeta电位从-9.89mV到45.21mV。随着Cn-B-Cn

7、结构中疏水碳链的增长，在煤粒表面的吸附膜厚度由1.00nm增大到1.48nm，具有良好的吸附性能。当C16-B-C16添加量为1%时，经疏水改性的煤样成浆浓度最高可达60%以上。综上所述，C16-B-C16对煤颗粒表面的疏水性和成浆性能优于C12-B-C12。最后，分析了mDE-Si-mDE在煤粒表面的作用机制。在两种mDE-Si-mDE添加量为2%时，分别在水和300mg/L分散剂溶液界面下测得接触角，16DE-Si-16DE的平衡接触角可达104.57°和71.46°、12DE-Si-12DE为88.41°和68.40°且均大于烘干原煤的接触角（15.12°

8、），因此煤粒表面疏水性均