磺甲基化腐植酸系水煤浆分散剂的合成与性能研究

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石油的稀缺是目前国内最严重的危机,煤炭的燃烧对环境造成巨大的威胁,2013年国内整个雾霾现象的遍及,引发人类不得不深入反思。基于国有资源和现阶段生存环境的考虑,各大高校及社会精英踏入新的旅程,搜寻一种来源于煤,能替代石油燃烧的物质,同时还拥有石油所具备的优势,最重要的是属于国家十二五规划中的洁净煤技术,对环境污染小,能够有效的改善人类目前的生存状态。水煤浆技术就此被挖掘出来,为新一代廉价又环保的能源研究技术。分散剂是水煤浆制浆技术的核心,同时也是水煤浆性能优劣的关键。陕西神华煤粉是一种低硫和低变质程度的不粘结煤,可用来直接配制水煤浆。传统分散剂面临成本偏高、分散效果差等问题,本实验采用价格低廉的天然大分子物质腐植酸对其进行结构及改性研究,通过亲水基团的引入和相对分子质量增大来合成了三种磺甲基化腐植酸型分散剂,分别为磺甲基化腐植酸甲醛缩聚物、磺甲基化腐植酸戊二醛缩聚物和磺甲基化腐植酸尿素缩聚物。并研究其分散剂的基本结构,讨论其制备水煤浆浆体的性能。首先,对来源于山西灵石县的粗品腐植酸采用碱溶酸沉法提取,通过红外光谱、X-射线衍射和相对分子质量的测定,研究了腐植酸的基本结构,并对腐植酸所含有的主要官能团含量使用酸碱滴定法进行测定,其中总酸性基团含量为4.402mmol/g,羧基为2.589mmol/g,羟基为1.812mmol/g。其次,腐植酸经过磺甲基化与甲醛、戊二醛和尿素缩合的三种分散剂均为黑色固体,工艺优化的结果是甲醛用量为40%,亚硫酸钠用量22%,所缩聚的分散剂在水煤浆中制浆性能偏优。配制水煤浆浓度为65%,三种最佳分散剂用量分别为0.5%、0.2%和0.15%,相对应浆体的表观粘度测定,分别为668mpa.s、593mpa.s和577mpa.s。并通过红外光谱、凝胶渗透色谱、X-射线衍射图谱、差示扫描量热仪及热重等仪器对新分散剂进行结构分析,同时与腐植酸的结构图谱进行比较,可知由该方法可成功缩聚三种目标产物。所合成的分散剂添加到神华煤中配制水煤浆后明显提高水煤浆的Zeta电位绝对值,具有较高的稳定浆体作用。在煤块表面的吸附符合Langmuir吸附方程,1g神华煤粉的饱和吸附量分别为0.98mg、1.11mg和1.2mg。浆体的流变特性为Bingham流体,其稳定性和析水率都能够达到工业要求,对其部分性能与目前市售萘磺酸盐甲醛缩合物和腐植酸相比,新合成的三种磺甲基化腐植酸缩聚物分散剂更适合生产、应用和推广。总之,本论文初步研究了磺甲基化腐植酸系水煤浆分散剂的合成、表征及其在水煤浆中的应用,探讨了分散剂的作用机理和分散效果。说明该种分散剂绿色环保,适合工业化大生产。
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