竹浆木质素系高效分散剂在水煤浆中的应用研究

发布时间：2017-06-12 06:07

  本文关键词：竹浆木质素系高效分散剂在水煤浆中的应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着经济的发展，如何更好地进行节能减排，实现资源的可持续利用仍然是各行各业关注的热点问题，水煤浆作为一种新型洁净燃料得到了广泛的应用。制浆造纸黑液中含有大量的木质素，黑液的肆意排放不仅造成江河等污染，更是对天然资源的浪费。开发黑液木质素产品，提高其附加值，是大规模利用黑液并防治其污染的有效途径。另一方面，我国拥有大量的陶瓷企业，，大量未气化的煤粉和有毒酚水的产生给企业的发展带来了经济及环境问题，酚水水煤浆的制备更是一种很好的解决办法。 本文以竹浆造纸黑液为主要原料，通过磺化接枝共聚的方法合成木质素系水煤浆高效分散剂，考察了反应液浓度、磺化剂用量、竹浆黑液用量对产品制浆性能的影响；采用UV、FTIR、GPC、1H-NMR等分析测试手段对分子结构进行了表征；研究了分散剂掺量、制浆用水pH值、制浆温度等不同制浆条件下对浆体流动性的影响以及分散剂在煤/水界面的吸附等温线、吸附动力学行为。此外，在此基础上制备了酚水水煤浆用木质素系高效分散剂，并研究了其对浆体流动性和稳定性的影响。 研究结果表明，提高反应过程中的反应液浓度和磺化剂用量可以有效提高分散剂的分子量和磺化度，具有中等分子量、高磺化度的产品作为水煤浆分散剂的分散降粘性能较优。其中磺化度为2.20mmol·g~(-1)、特性粘度5.42ml·g~(-1)的木质素系高效分散剂GCL3S-B在制浆浓度为58.5%，分散剂掺量为0.5%的条件下水煤浆浆体的表观黏度仅为930mPa·s，性能优于萘系分散剂FDN。对GCL3S-B分子结构进行表征，重均分子量为16592，数均分子量为4699，分子量分布较宽。与竹浆黑液相比分子量增大，分子中磺酸基含量增加，羧基、酚羟基含量降低。从红外及核磁谱图可以看出，改性反应过程对黑液中木质素的芳香环结构破坏程度较大，存在缩合及脱甲基反应，引入了更多的磺酸基团，分子中接入了较多的脂肪族侧链。 采用木质素系高效分散剂GCL3S-B制备水煤浆，加入分散剂存在最优掺量0.75%，使水煤浆的表观黏度最小。增大制浆用水pH或提高制浆温度，均可提高浆体的流动性，如pH值从2变化到12，浆体的表观黏度从1110mPa·s降至949mPa·s；制浆温度从15℃升至55℃，表观黏度下降幅度达到62.24%；在分散剂产品中加入适量电解质（20%的碳酸钠、15%的三聚磷酸钠）或表面活性剂（1%的TX-10）也可显著提高水煤浆浆体的性能，表观黏度最低可达672mPa·s。 GCL3S-B在煤/水界面的饱和吸附量略高于FDN，但吸附强度较弱，吸附过程为Langmuir单分子层吸附，其吸附动力学过程符合伪二级动力学模型，相关系数大于0.99。降低制浆用水pH值或向体系中添加少量Na~+、Ca~(2+)、Al~(3+)、Fe~(2+)金属离子，该过程的吸附速率显著增大，加入少量助剂，如1%的TX-10、20%的碳酸钠、15%的三聚磷酸钠则导致动力学吸附速率减慢，吸附程度减小。GCL3S-B在煤/水界面的饱和吸附量随着pH值的增大而明显减小，其吸附过程除静电吸附作用外还存在其他吸附方式。分别向体系中加入无机盐、尿素后，GCL3S-B在煤/水界面的饱和吸附量发生变化，由此推测过程还存在疏水作用、络合作用及氢键作用，但静电吸附为主要作用力。 研究发现，用酚水制备水煤浆的性能优于自来水。在此基础上，将改性合成样品复配了15%三聚磷酸钠制备了酚水水煤浆用高效分散剂GCL3S-FB，并发现中等分子量（特性粘度为6.66mL·g~(-1)）、中等磺化度（磺化度为2.37mmol·g~(-1)）的分散剂在酚水中的制浆性能更优，在制浆浓度为58.5%，掺量为0.5%时浆体的表观黏度仅为803mPa·s，制浆性能与FDN相近。酚水水煤浆的流变曲线符合Herschel-Bulkley模型，表现为屈服涨塑性。GCL3S-FB掺量由0.3%提高至1.0%，浆体的表观黏度从1370mPa·s降至659mPa·s，屈服应力τ0减小，涨塑性增强。随制浆温度的升高，酚水水煤浆的表观黏度先减小后增大，流动性指数n不断减小后急剧增大，在55℃时有表观粘度减小最低值为487mPa·s，n为1.0613。采用Turbiscan Lab分散稳定仪研究酚水水煤浆体系发现，随静置时间的延长，颗粒开始团聚，发生沉降，清液层高度增大，稳定性系数增大，浆体稳定性变差，不同分散剂掺量及不同制浆浓度的体系有较大不同。
【关键词】：水煤浆分散剂 竹浆黑液 酚水 流动性 吸附
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TQ536
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-14
• 主要符号表14-16
• 第一章 绪论16-36
• 1.1 木质素的概述16-24
• 1.1.1 木质素的应用研究18-20
• 1.1.2 造纸黑液的来源及主要成分20-23
• 1.1.3 造纸黑液的综合利用现状23-24
• 1.2 水煤浆技术的研究进展24-31
• 1.2.1 水煤浆技术的发展及存在问题25-26
• 1.2.2 酚水水煤浆的应用26-28
• 1.2.3 水煤浆吸附分散作用机理的研究进展28-31
• 1.3 木质素类水煤浆分散剂的应用31-33
• 1.4 本文研究意义及主要研究内容33-36
• 1.4.1 研究背景和意义33-34
• 1.4.2 本文的主要研究内容34-35
• 1.4.3 本文的创新点35-36
• 第二章 实验技术与测试方法36-47
• 2.1 实验原料与试剂、主要实验仪器及反应装置36-37
• 2.1.1 实验原料与试剂36
• 2.1.2 主要实验仪器36-37
• 2.1.3 主要反应装置37
• 2.2 样品分析方法37-39
• 2.2.1 竹浆黑液样品分析37-39
• 2.2.2 酚水样品分析39
• 2.3 竹浆黑液及分散剂的结构特征测试39-43
• 2.3.1 紫外吸收光谱（UV）测试40
• 2.3.2 红外吸收光谱（IR）测试40
• 2.3.3 凝胶渗透色谱（GPC）测试40
• 2.3.4 特性粘度的测定40-41
• 2.3.5 元素分析测试41
• 2.3.6 官能团含量的测定41-43
• 2.3.6.1 磺酸基含量的测定41-42
• 2.3.6.2 羧基和酚羟基含量的测定42-43
• 2.3.7 核磁共振（1H-NMR）测试43
• 2.4 水煤浆的制备和性能测试43-45
• 2.4.1 煤粉的制备43
• 2.4.2 煤样的工业分析43
• 2.4.3 煤粉的粒度分布43-44
• 2.4.4 水煤浆的制备44
• 2.4.5 水煤浆流动性的测定44
• 2.4.6 水煤浆表观粘度及流变性的测定44-45
• 2.4.7. 水煤浆稳定性的测定45
• 2.5 煤/水界面性能测试45-47
• 2.5.1 分散剂在煤/水界面吸附性能测试45-46
• 2.5.2 煤粒及分散剂表面电位的测定46
• 2.5.3 溶液在煤粒表面接触角的测定46-47
• 第三章 竹浆木质素系水煤浆分散剂的制备47-62
• 3.0 引言47
• 3.1 竹浆黑液样品分析47-48
• 3.2 竹浆木质素系水煤浆分散剂的制备48-51
• 3.2.1 反应溶液的浓度对磺化产物性能的影响48-49
• 3.2.2 亚硫酸钠用量对磺化产物性能的影响49-50
• 3.2.3 不同竹浆黑液量对磺化产物性能的影响50-51
• 3.3 竹浆造纸黑液与木质素分散剂的分子结构表征51-55
• 3.3.1 紫外光谱分析51
• 3.3.2 红外光谱分析51-53
• 3.3.3 元素分析53
• 3.3.4 凝胶色谱分析53-54
• 3.3.5 官能团含量的测定54-55
• 3.3.6 核磁光谱分析55
• 3.4 竹浆黑液木质素水煤浆分散剂的制浆性能55-60
• 3.4.1 分散剂掺量的影响56-57
• 3.4.2 制浆用水pH的影响57
• 3.4.3 制浆温度的影响57-58
• 3.4.4 电解质的影响58-59
• 3.4.5 表面活性剂的影响59-60
• 3.5 本章小结60-62
• 第四章 木质素分散剂在煤粒表面的吸附作用机理62-82
• 4.0 引言62
• 4.1 木质素分散剂在煤粒表面的吸附动力学研究62-72
• 4.1.1 木质素分散剂在煤粒表面的吸附动力学63-66
• 4.1.2 制浆条件对吸附动力学的影响66-72
• 4.2 木质素分散剂在煤粒表面的吸附等温线研究72-75
• 4.3 木质素分散剂在煤粒表面的吸附作用力研究75-80
• 4.3.1 pH值对吸附等温线的影响76-77
• 4.3.2 无机盐对吸附等温线的影响77-79
• 4.3.3 尿素对吸附等温线的影响79-80
• 4.4 本章小结80-82
• 第五章 木质素系高效分散剂在陶瓷厂酚水水煤浆中的应用82-101
• 5.0 引言82
• 5.1 酚水样品分析82-84
• 5.2 酚水水煤浆用竹浆木质素分散剂的制备84-87
• 5.2.1 分子量的影响84-85
• 5.2.2 磺化度的影响85-86
• 5.2.3 助剂的影响86-87
• 5.3 木质素分散剂对酚水水煤浆流变性能的影响87-92
• 5.3.1 分散剂掺量的影响88-90
• 5.3.2 制浆温度的影响90-92
• 5.4 木质素分散剂对酚水水煤浆稳定性能的影响92-99
• 5.4.1 制浆浓度的影响93-96
• 5.4.2 分散剂掺量的影响96-99
• 5.5 本章小结99-101
• 结论与展望101-103
• 参考文献103-114
• 攻读博士/硕士学位期间取得的研究成果114-115
• 致谢115-116
• 附件116

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3 ;250kt/a水煤浆厂工业生产技术通过鉴定[J];洁净煤技术;2000年01期

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本文编号：443398