腐植酸的化学改性及其对煤粒的分散性能研究

发布时间：2020-08-26 20:16

【摘要】：我国煤炭资源丰富,石油和天然气资源相对短缺。如果块煤不经加工,直接用作燃烧,不仅煤炭的利用效率较低,而且会严重污染空气,产生粉尘,对人类的健康造成巨大威胁。水煤浆技术相对于传统块煤直接燃烧,它更加清洁和高效。我国能源战略中就有如何更好的开发利用水煤浆技术。要制备高浓度,低黏度的优质水煤浆,分散剂是关键。所以分散剂的研究对水煤浆的综合利用很有意义。目前,市场上最常见的水煤浆添加剂有萘磺酸甲醛缩聚合物,还有木质素系和聚羧酸盐系分散剂,但这些分散剂优势和劣势都很明显。例如,萘系分散剂生产过程中污染严重,所制得的浆体稳定性差;聚羧酸盐分散剂相对于其他分散剂表现出价格相对较高,且合成工艺复杂;木质素系分散剂相比其他分散剂存在制浆黏度高,流动性差等缺陷。腐植酸(HA)系分散剂因为成本较低、来源广泛、分散性也比木质素系好很多,而被各行各业广泛利用。然而目前对HA的研究,只有简单的化学改性,比如用磺化剂和硝化剂进行磺化和硝化反应,利用甲醛(HCHO)溶液和无水亚硫酸钠(Na_2SO_3)进行磺甲基化反应,只是简单的提高HA分散剂的亲水性和分散性,但仍然存在很多重要问题,比如分子链不够规整,相对分子质量比较小,所制得的水煤浆稳定性也不好。为了克服上述问题,通过对其他分散剂结构研究,对腐植酸分子进行了设计,采用聚合反应对HA分子进行化学改性,合成了既具有萘系那样优异的分散性,又具有像木质素那样超强稳定性的HA分散剂。首先以HA、Na_2SO_3、HCHO溶液、β-萘磺酸钠、4-氨基苯磺酸钠为原料,利用磺甲基化和聚合反应合成了两种HA聚合物分散剂(HBNS和HSP),并对其合成工艺条件进行优化。HBNS的优化工艺条件为:Na_2SO_3用量30%、β-萘磺酸用量为35%、HCHO用量为40%;HSP的优化工艺条件为:Na_2SO_3用量25%、4-氨基磺酸钠用量30%、HCHO用量35%。然后采用FT-IR、XPS、XRD、TGA、DSC、SEM、GPC对两种水煤浆分散剂进行结构表征。将其用于榆林煤制浆,对其分散剂的应用性能测试。结果表明,当HBNS分散剂的添加量为0.5 wt%,此时水煤浆的黏度最低为513 mPa·s,最高制浆浓度为68 wt%,水煤浆体系的不稳定性指数为0.2915,静置7天的析水率为5.25%,饱和吸附量为3.966mg/g;HSP分散剂的最佳添加量为0.6%wt%,水煤浆黏度为497 mPa·s,最高制浆浓度为67 wt%,水煤浆体系的不稳定性指数为0.3180,静置7天的析水率5.87%,饱和吸附量为3.765 mg/g。与市场上销售的常见的分散剂做制浆性能对比,结果表明新制备的HA水煤浆分散剂的成浆性和萘系不分伯仲,但制备的水煤浆的稳定性比萘系分散剂却高出很多;而且新制备的HA水煤浆分散剂不管是从成本,还是效果上都比现面市场上销售的水煤浆分散剂应用性能更强。人们一直在探究,分散剂结构和水煤浆的性能到底如何相互影响。由于HA分散剂对可溶性的金属离子矿物质很敏感,所以又探究常见的金属离子对HA分散剂的分散性的影响,由结果可知,对于不同的金属离子,金属离子浓度越高,金属离子的价态越高,对其HA作分散剂制备的水煤浆的成浆性影响越大。总之,本论文合成了两种具有高分散性,低成本的HA水煤浆分散剂。探索了HA的基本单元结构和其结构上各个官能团与煤分子之间的作用关系,通过实验和理论知识查找,详细对其作用的基本原理进行了解释和说明。本论文对HA分散剂和水煤浆的研究具有一定的参考价值。
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ536
【图文】：

工艺流程图,水煤浆,工艺流程图,化学添加剂

陕西科技大学硕士学位论文高利用效率，低污染的液态燃料，一出现就受人们青睐。水煤浆是由 6的煤粉和 29%~34%的水，还有小于 1%的化学添加剂，经过一定的加煤基燃料[16,17]。，世界各国煤化工企业的水煤浆加工工艺都大同小异，主要程序是挑的煤，什么产地的煤。洗煤，去除煤炭中的煤矸石和其他杂质。磨煤粒径的煤粉。然后加入水和化学添加剂混合，机械搅拌配成所需要的水煤浆工艺流程图。

装置图,水煤浆燃烧,方案图,实验装置

1]。HigeruMaeda 利用三聚磷酸钠分别与 NSF 和木德国科学家研究了多种水煤浆分散剂复配，实验效其某研究人员发现，不同的分散剂会影响不同的水优秀的科研人员在这一方面探索，实验结果也都不多的血和汗。胡文莉[44]等以木质素磺酸钠为原料，定性优良的水煤浆。赵方[45]等以淀粉为主链，以苯液聚合法制备新型的水煤浆分散剂。刘龙[46]以 HA由基聚合法制备的分散剂，实验效果理想。李元苯乙烯磺酸钠为单体合成一种梳型聚羧酸盐分散剂高达 68%。张光华[48]等以柠檬酸、丙烯酸、聚乙二，又通过自由基聚合反应合成柠檬酸酯型水煤浆分稳定性俱佳。煤浆体系中，可以把体系中的煤的表面进行改性，方式存在于体系中。Geniy V[49]研究了水煤浆影响常使用中，提供了借鉴作用。其实验装置图，如图

分散剂,机理

腐植酸的化学改性及其对煤粒的分散性能研究实验装置方案：1 石英柱体；2 鼓风机；3 空气加热器；4 热电偶；5 低惯性热；6 迷你机器人臂；7 水煤浆 P 液滴；8 高速摄像头；9 互相关相机；10 激光；光发生器；12 激光和互相关同步器； 13 电脑；14 温度记录仪；15 热像仪；16 管道排气通风。目前，人类生存环境变的越来越差，人们对天然大分子改性研究越来越多，也得较为满意的结果。党彤彤等[50]对 HA 磺甲基化工艺进行了优化和研究。张光华[51]等备了一系列 HA 分散剂，对比其对水煤浆的流变性能影响。2.2 分散剂的作用机理分散剂顾名思义，在水溶液中起分散作用的物质，分散剂大多数为表面活性剂。剂在结构上都具有亲水和亲油的结构。疏水端可以与煤表面的疏水区域产生紧密结分散剂的亲水端朝外，伸到自由水中，增强煤表面的亲水区域，降低其表观黏度[5散剂可以促使煤表面形成一种水化膜，水化膜会有效阻止煤颗粒自聚。分散剂的作理主要包括润湿作用，改变煤颗粒或者其他颗粒的静电作用力和增大分散剂的空间使其更加稳定[53]。

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