基于颗粒表面修饰的高浓度褐煤水煤浆的制备

发布时间：2020-11-05 08:32

　　 本文以水煤浆气化技术为研究背景,以褐煤为主要原料,从提高颗粒表面疏水性的角度出发,采用第二液体和第二颗粒对褐煤颗粒进行表面修饰。通过接触角测量仪和旋转流变仪对其表面润湿性和成浆性进行测量和表征,探究颗粒表面修饰对褐煤水煤浆制备的影响。考察了第二液体对褐煤水煤浆成浆性的影响。研究内容包括第二液体的选择原则,第二液体的添加量对褐煤水煤浆成浆性的影响,第二液体在水煤浆体系中的赋存状态以及复合型第二液体的表面修饰效果的考察。结果表明:未经处理的内蒙褐煤的接触角为57.3°,最大成浆浓度为53.4wt%,采用第二液体(煤油)表面修饰的复合颗粒的接触角为78.2°,最大成浆浓度提高到55.5wt%。激光共聚焦显微镜的结果显示第二液体在水煤浆中形成均匀包覆的红色油膜,体系颗粒分散均匀,未出现大的沉降颗粒。研究了第二颗粒对于褐煤水煤浆成浆性的影响。在第二液体的基础上向其中加入疏水性的第二颗粒,构造颗粒表面的多级结构,进一步提高其表面疏水性。研究内容包括第二颗粒的选择原则,第二颗粒含量对褐煤水煤浆成浆性的影响,以及添加到复合型第二液体中的表面修饰效果。结果表明:在硅油和煤油的复合第二液体中添加第二颗粒石油焦进行表面修饰后,褐煤颗粒的接触角增加到92.3°,最大成浆浓度提高到56.5wt%。研究了对第二颗粒的表面疏水改性,以期获得一种超疏水性颗粒并考虑该种颗粒能否成为更好的第二颗粒。采用第二液体浸润石油焦,在通风条件下自由挥发形成疏水表面并对表面的润湿性能进行测量和表征。考察了第二颗粒的疏水性,粒径,含量等因素对于疏水表面的润湿性的影响。采用电子显微镜观察疏水表面的微观结构,结果显示表面的粗糙无序结构是表面强疏水性的重要因素。采用溶剂挥发制备的疏水表面可稳定获得140°以上的静止接触角和10°以下的滚动角。
【学位单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ546
【部分图文】：

?＾?Ｐｅ??Ｎｅｗｔｏｎｉａｎ?Ｓｈｅａｒ?ｌｉｎｎｉ（｜?Ｓｈｅａｒ?ｔｈｉｃｋｅｎｉｎｇ??图２．２剪切行为示意图??Ｆｉｇ．?２．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｓｈｅａｒ?ｂｅｈａｖｉｏｒｓ??２．１．３密集颗粒悬浮液的剪切增稠??通常在高浓度悬浮液中观察到剪切增稠，当其浓度高于临界体积分数，一般范围为??０．４？０．５会出现剪切增稠１４４１，但是Ｂａｒｎｅｓ１４５１指出，如果在适当的剪切速率范围内测量，??所有的分散体中都会发生剪切增稠。剪切增稠通常由剪切引起的悬浮液结构变化引起，??并且大部分是可逆的。剪切增稠的发生可以在剪切速率范围内逐渐发生或突然发生。例??如在氧化铝［４６］悬浮液系统中，观察到的剪切增稠现象就是突变的不连续的。??Ｆｌｕｉｄ?Ｆｌｕｉｄ?Ｃｒｙｓｔａｌ??ｅ｜〇｜?“雜｜?懸??声。ＩＩＩ链??０?０．４９４?０．５４５?；，，?Ｊ（；?．．ｉ?Ｖｏｂｒｎｅ?Ｆｒａｃｔｉｏｎ??：ｆｅ：??Ｐｈ＾ｅ?Ｄｉａｇｒａｍ?ｊ?Ｇｌａｓｓ??－０．５８?－０．６４??图２．３作为体积分数函数的硬球相图??Ｆｉｇ．?２．３?Ｈａｒｄ?ｓｐｈｅｒｅ?ｐｈａｓｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ａｓ?ａ?ｆｕｎｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｖｏｌｕｍｅ?ｆｒａｃｔｉｏｎ??剪切增稠通常由悬浮液中剪切诱导的微结构变化引起，在静电或空间稳定的悬浮液??中，剪切增稠被认为与剪切诱导的秩序变异相关［４７］。在低剪切速率下，单分散颗粒在涡??流平面中排列成定向滑动的有序层。在临界剪切速率下

?ｊ?Ｇｌａｓｓ??－０．５８?－０．６４??图２．３作为体积分数函数的硬球相图??Ｆｉｇ．?２．３?Ｈａｒｄ?ｓｐｈｅｒｅ?ｐｈａｓｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ａｓ?ａ?ｆｕｎｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｖｏｌｕｍｅ?ｆｒａｃｔｉｏｎ??剪切增稠通常由悬浮液中剪切诱导的微结构变化引起，在静电或空间稳定的悬浮液??中，剪切增稠被认为与剪切诱导的秩序变异相关［４７］。在低剪切速率下，单分散颗粒在涡??流平面中排列成定向滑动的有序层。在临界剪切速率下，有序结构发生分解，因为一些??颗粒由于流体动力学不稳定性被推出层平面，并且与相邻层中的颗粒更强烈地相互作??用。因此，无序状态下的增加的碰撞导致粘度的显着增加。ＡｃｋｅｒＳ〇ｎ［４Ｘ］也提出了类似的??论证，并表述为剪切熔融，已经通过光散射和小角度中子散射观察到秩序紊乱转变。??Ｈｏｆｆｍａｎ［４９］的动力学模拟显示剪切増厚与从有序层到具有簇形成的无序状态的微结构??转变相关。Ｂｅｎｄｅｒ?［５°］通过小角度粒子散射测量观察到，在剪切速率低于剪切增稠临界??速率的情况下

２．２．２双电层与德兰维奥理论??２０世纪３０年代，斯特恩创造性地将平板电容与溶液扩散层相结合，构建描述胶体??颗粒双电层结构［６％解释粒子表面电荷的产生机理和胶体粒子的分散行为。图２．５为斯??特恩双电层模型，双电层模型中粒子运动剪切界面处的电位叫做Ｚｅｔａ电位，与粒子的??运动行为密切相关，Ｚｅｔａ电位一般可由声波法或是电泳法测得，是胶体稳定中非常重要??的一个物理量。?????Ｐａｒｔｉｃｌｅ?ｓｕｒｆａｃｅ?，??／???Ｓｔｅｍ?ｐｌａｎｅ?！??／?／?／??Ｓｕｒｆａｃｅ?ｏｆ?ｓｈａｒｅ?１、??卜?＂＼ｌ?ｉ??＼?、??Ｄｉｆｆｕｓｅ?ｌａｙｅｒ?！???????ｓｔｅｍ?ｌａｙｅｒ?Ｄｉｓｔａｎｃｅ??６?１／Ｋ??图２．５斯特恩双电层??Ｆｉｇ．?２．５?Ｓｔｅｍ?ｄｏｕｂｌｅ?ｌａｙｅｒ?ｍｏｄｅｌ??善??／Ａｔｔｒａｃｔｉｖｅ??图２．６?ＤＬＶＯ理论示意图??Ｆｉｇ．?２．６?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＤＬＶＯ??在双电层理论的基础上，Ｄｅｒｙａｇｉｎ，Ｌａｎｄａｕ，?Ｖｅｒｗｅｙ，?Ｏｖｅｒｂｅｅｋ等进一步发展了胶??体稳定性影响的相关理论，简称ＤＬＶＯ理论。ＤＬＶＯ理论示意图如图２．６［６７］所示。ＤＬＶＯ??理论指出胶体中存在图２．７所示的三种稳定机制。静电稳定是利用粒子的表面电荷电性??作用所造成的排斥力，当粒子彼此接近时，由于带有同种电荷而相互排斥。以水煤浆为??例，对于阴离子型分散剂，当分散剂吸附到煤粒表面后，分散剂所带有的阴离子基团成??为煤胶粒表面电位离子的主体。水煤浆中
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本文编号：2871389