腐殖酸基水煤浆分散剂的合成、性能及其作用机理研究

《腐殖酸基水煤浆分散剂的合成、性能及其作用机理研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、陵压料技大学论文题目：腐殖酸基水煤浆分散剂的合成、性能及其作用机理研究学科门类：工学一级学科：化学工程与技术培养单位：化学与化工学院博士生：李俊国导师：张光华教授2014年4月STUDYONSYNTHESES，CAPABILITIESANDMECHANISMSOFDISPERSANTSBASEDoNHUMICACIDFoRCoAL．Ⅵ後TERSLURRYAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorof．．．App

2、liedChemistry_．．．ThesisSupervisor：Professorg坠垒坠g塾望垒圣塾垒壁gApril，2014腐殖酸基水煤浆分散剂的合成、性能及其作用机理研究摘要近年来，随着世界石油资源的日益紧缺和石油价格的不断攀升，煤炭资源的综合利用越来越受到人们的关注，然而煤炭的直接燃烧利用却导致了较低的利用效率及严重的气候恶化和环境污染，水煤浆作为一种煤基“节能减排"流体清洁燃料应运而生。水煤浆是煤在水中的粗颗粒分散体系。煤是疏水性物质，水煤浆中的煤粒由于相互之间的疏水作用而易于团聚和沉淀。理想的水煤浆应该在其制备、储存过程中具有较好的稳定性，而在其管道运送和雾化燃烧过程中具有较低

3、的黏度，为了实现这个目的，分散剂的选择使用具有非常重要的意义。目前，用于水煤浆的分散剂主要有萘系、木质素系j’腐殖酸系、聚烯烃系、聚羧酸盐系、磺化丙酮甲醛缩合物和非离子分散剂等。然而，这些分散剂中的大多数是以石油产品为原料的，不仅价格较高，而且容易产生环境污染。腐殖酸系分散剂由天然产物腐殖酸经改性而制得，具有原料易得、绿色环保、价格低廉、分散性好等优点。然而，由于目前的研究工作仅限于对腐殖酸的硝化、磺化、磺甲基化等初级改性方面，这虽然提高了腐殖酸系分散剂的亲水性和分散性，但由于分散剂相对分子质量依然较小，从而使该类分散剂存在稳定性差的问题。本论文通过分散剂分子结构设计，采用接枝共聚和缩合反应两

4、种方法对腐殖酸进行化学改性以合成水煤浆分散剂。首先，以腐殖酸(HA)、烯丙基磺酸钠(SAS)、丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)、烯丙醇聚氧乙烯醚(APEG，相对分子质量分别为700，1000，1200，2400)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)等为原料，以过硫酸钾为引发剂，采用水溶液自由基共聚合原理并通过工艺条件优化，合成了七种新型腐殖酸接枝共聚物水煤浆分散剂，即三种二元接枝共聚物——．HA-SAS(HAS)、HA．从(HAA)及HA．AM(HAM)；两种三元接枝共聚物——-HA．SAS—APEGl000(HSPl000)及HA．从．APEGl200(HAPl200)；两种两性离子型接

5、枝共聚物‘——HA．SAS．DMC(HSD)及HA．AA．DMC(HAD)。其次，以腐殖酸、甲醛、尿素、亚硫酸钠等为原料，利用磺甲基化及缩合反应合成了两种腐殖酸缩合物分散剂——磺化腐殖酸甲醛缩合物(SHF)和磺化腐殖酸脲醛缩合物(SHUF)，并对其合成工艺条件进行了优化。采用FT．IR、GPC、TG及DSC对九种新型腐殖酸基分散剂进行了结构表征和性能测试。以神木煤、沟口煤、彬长煤及霍林河煤为实验用煤，研究了所合成的分散剂对水煤浆分散性和稳定性的影响，探讨了分散剂分子化学结构与水煤浆应用性能之间的相关性。结果表明，各种新型腐殖酸基分散剂的分散及稳定性均优于传统的萘磺酸盐甲醛缩合物(NSF)分散剂

6、。对于接枝共聚物分散剂，适量磺酸基的引入有利于分散剂应用性能的改善，而适量具有一定链长的聚氧乙烯醚及季胺基阳离子基团的引入可进一步提高煤浆的应用性能。此外，利用尿素进行共缩合因可有效改善缩合物分散剂分子链的柔顺性而有利于分散剂应用性能的改善。以分散和稳定性能良好而又化学结构不同的HSPl000及HSD分散剂制取神木煤水煤浆(煤浓度为66叭％，分散剂加量为O．5叭％)并研究了其流变学行为。结果表明，HSPl000及HSD水煤浆的表观黏度均随剪切速率的增大显著下降，表现出明显的剪切变稀的假塑性流体特征。以Power．1aw模型、Bingham模型及Herschel．Bulkley模型对浆体的剪切应

7、力／剪切速率关系进行了拟合，结果表明，HSPl000及HSD水煤浆的流变学行为在Herschel．Bulkley模型下吻合度最高，其拟合相关系数庠分别为O．9857和O．9988。在该模型下，HSD水煤浆的流动特性指数挖较HSPl000水煤浆小，表明其具有更为明显的假塑性流体特征。研究了九种新型腐殖酸基分散剂在神木煤表面的吸附量、分散剂溶液在煤表面的接触角以及分散剂复合煤粒表面的Zeta电位。结果