基于界面修饰的高浓度固体颗粒悬浮液的制备研究

发布时间：2020-07-22 04:03

【摘要】：本文以水煤浆气流床气化技术为背景,研究通过添加第二液体改变颗粒界面特性的方法制备出高浓度、低粘度的固体颗粒悬浮液,然后基于这一方法将含油污泥与神府煤和石油焦分别共制浆,代替水煤浆进行共气化,在解决环境污染问题的同时实现危险有机废物的资源化利用。论文主要研究内容与结论如下： (1)将与水不相溶的第二液体与空心玻璃微珠、PVC、云南褐煤和神府煤这四种颗粒分别混合后制得的悬浮液均显示出,向悬浮液中添加少量的第二液体可以显著地改变悬浮液的流变特性。悬浮液中的第二液体可以在颗粒表面形成一层疏水薄膜,使颗粒表面的疏水性得到提高,导致悬浮液中自由水增多,从而使得悬浮液的粘度和屈服应力急剧下降,流动性与稳定性均得到改善。为加强颗粒表面的疏水性,使一定量的疏水纳米颗粒(nano-CaCO3)粘附在这层疏水薄膜上以增大表面的粗糙度,从而制备出具有类似于荷叶微观分级结构的复合颗粒。这种复合颗粒具有更大的接触角,并且用其制备出的悬浮液具有更低的粘度和屈服应力。 (2)通过荧光染色的方法,利用激光扫描共焦显微镜观察悬浮液的微观结构,结果显示,对于用优先润湿法制备的悬浮液,被荧光染色的煤油均匀包裹在颗粒外表面,呈现红色圆圈状态,颗粒彼此分开而不粘连。而用非优先润湿法制备的悬浮液,被荧光染色的煤油在悬浮液中变为一个个大小不均的球形小液滴,没有附着在颗粒表面上,说明第二液体没有改性颗粒表面。第二液体对颗粒的接触角具有显著影响。用煤油改性颗粒表面后,改性后的颗粒与水的接触角显著增大,并且水滴在其薄板上的停留时间从30s左右延长到5min左右。当向煤油中添加纳米碳酸钙颗粒后,形成的复合颗粒与水的接触角进一步增大,水滴在其薄板上的停留时间从5min左右延长到10h以上。同时,第二液体能显著提高悬浮液的Zeta电位。 (3)基于上述制备方法,研究将含油污泥通过不同的方式加入到水煤浆中制得理想的油泥煤浆,并将油泥煤浆的成浆性与流变特性与水煤浆进行比较。研究发现,当用含油污泥优先润湿煤颗粒时,油泥煤浆的粘度和屈服应力随着含油污泥添加量的增加而急剧下降。微观结构和表面官能团实验证明含油污泥中的油分能够在煤颗粒表面上形成一层疏水薄膜,从而对煤颗粒的表面性质进行了改性。由于石油焦颗粒的强疏水性,运用上述制备方法使其与含油污泥共制浆时表现出与神府煤相反的现象,从而直接验证了第二液体对颗粒表面的改性机理。
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ546
【图文】：

示意图,空心玻璃微珠,煤油,纳米碳酸钙

4.2.1疏水复合颗粒的模型复合颗粒的模型如图4.1所示。首先，煤油作为第二液体与纳米碳酸韩颗粒彻底混合以制备出另一种第二液体——KSNC。然后，将KSNC加入到样品颗粒中，它将自动地覆盖在颗粒的外表面上并形成疏水薄膜。由于纳米碳酸韩强烈的疏水性，纳米颗粒将附在疏水薄膜的表面上。煤油和纳米碳酸韩作为复合颗粒的第一层和第二层结构，从而形成了类似于荷叶表面微观形态的分级结构。利用这种方法，便能制备出拥有疏水性和一定粗糖度的“颗粒/煤油+纳米碳酸韩” (particle/kerosene+nano-CaC03)复合颗粒，其表面上具有如图所示的微突和纳突结构。? Kerosene+Nano-CaCOj ?? ‘/图4.1 “空心玻璃微珠/煤油+纳米碳酸韩”的复合颗粒的合成过程示意图Fig.4.1 Schematic drawing of the synthesis procedure of "hollow glass bead/kerosene+nano-CaCOs"composite particle4.2.2第二液体的作用机理第二液体在悬浮液中的存在形式如图4.2所示。从图中可以看出

【参考文献】