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《扬州大学》 2018年
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表面活性剂在无机盐固体颗粒防结块中的应用

张琦  
【摘要】:许多无机盐固体颗粒(硝酸钠、无机复合肥等)在储存过程中都具有易结块的特性。无机盐固体颗粒结块是由于颗粒自身因素和外界因素共同作用,使在颗粒表面发生溶解和重结晶,从而在晶粒间相互接触点上形成晶桥,使晶粒粘接在一起,失去流动性,逐渐形成坚硬的块状物。无机盐固体颗粒结块严重影响了其销售和使用。针对无机盐固体颗粒结块问题,行之有效的方法是在无机盐固体颗粒表面包覆(吸附)防结块剂。表面活性剂通常由亲水疏油的极性基团和亲油疏水的非极性基团构成。在无机盐固体颗粒物表面上以亲水基吸附在颗粒表面,疏水基朝向气相,使其颗粒表面显示疏水性,阻碍了大气水分的进入,抑制了颗粒产品的潮解。吸附表面活性剂还可以降低颗粒对溶液的毛细管吸附力,改善固体颗粒结晶习性,大大降低颗粒晶体的界面能,抑制成核作用,从而对无机盐固体颗粒物起到良好的防结块效果。本文围绕表面活性剂对单一组分的化学物质硝酸钠颗粒以及复合化学组分的复合肥颗粒防结块性能及防结块机理开展系统研究。采用饱和溶液法工艺使表面活性剂吸附在硝酸钠颗粒表面,并进行相应的等温吸附、防结块性能及其作用机理的研究,探明了表面活性剂在硝酸钠颗粒表面的吸附层结构及防结块机理,优化了防结块处理工艺。基于复合肥颗粒生产工艺的特点,研究设计了新型复合肥液态防结块剂,选用涂覆工艺在复合肥颗粒表面添加防结块剂,并对其防结块性能、防结块机理以及生产工艺进行研究。具体研究和结论如下:1.研究表面活性剂SDBS,SDS,CTAB,TX10在硝酸钠颗粒表面的吸附等温线表明,表面活性剂SDS和TX10在硝酸钠颗粒表面的吸附过程更符合Langmuir吸附等温模型,为单分子层吸附,在实验条件下最大吸附量Qmax分别为0.065 mmol/kg和0.027 mmol/kg。表面活性剂SDBS和CTAB在硝酸钠颗粒表面的吸附过程更符合Freundlich吸附等温模型,为多层吸附。由表面活性剂分子链截面积估算表明,表面活性剂SDS、SDBS、CTAB、TX10在硝酸钠颗粒表面的平均分子链截面积均大于其极限分子链截面积。SDS平均分子链截面积比TX10平均分子链截面积更接近于其极限分子链截面积,在硝酸钠颗粒表面趋于单层吸附,因此表面活性剂排列的紧密度(膜的致密度)SDSTX10。SDBS与CTAB平均分子链截面积远大于其极限分子链截面积,且SDBS与CTAB在硝酸钠颗粒表面吸附为多层吸附,因此其排列的紧密度(膜的致密度)低。2.采用饱和溶液法工艺,研究了不同表面活性剂对硝酸钠颗粒防结块性能的影响,通过红外光谱的测定,证明了表面活性剂吸附在硝酸钠颗粒上。基于X射线衍射的测定,可以发现表面活性剂的加入并不会改变硝酸钠颗粒自身的晶型。SEM的测定,结果表明表面活性剂的加入使得硝酸钠颗粒度更加均匀,细小微粒消失,降低了颗粒间的接触面积,阻碍了颗粒间的粘连。通过对吸附有表面活性剂的硝酸钠颗粒进行结块率的测定,发现表面活性剂对硝酸钠颗粒的防结块效果依次为SDSTX10CTABSDBS。通过复配表面活性剂对硝酸钠颗粒防结块研究,表明当SDS与TX10摩尔比为1:1复配时,对硝酸钠颗粒的防结块效果最好。3.研究开发了一种以生物油为基础,表面活性剂为重要成分的复合肥液态防结块剂。经复合肥颗粒涂覆效果及添加量的分析发现,当液态防结块剂用量为复合肥质量的0.3%时,液态防结块剂能够在复合肥颗粒表面均匀涂覆。通过SEM观察可知,复合肥颗粒经过液态防结块剂涂覆工艺处理后,颗粒表面能形成致密的包裹膜,从而减少表面水分的进入,抑制颗粒的潮解,阻碍盐桥的形成,起到防结块作用。通过对液态防结块剂油/水/气三相接触角的测量和在复合肥颗粒表面扩散速率的测量可以看出,接触角越大以及表面扩散速率越快,防结块效果越好。当防结块剂中各组分质量比为DDAC:TX10:MO=1:0.5:18.5,添加量为复合肥质量的0.3%时,复合肥颗粒的结块率由31.4%(空白试样)下降到2.6%。4.通过对硝酸钠和复合肥防结块剂工业生产及经济效益分析,可以看出表面活性剂复配研制的硝酸钠防结块剂和复合肥液态防结块剂成本低廉,原料易得,不影响硝酸钠和复合肥产品自身的质量,无毒无气味,防结块性能优异;均易实现工业化生产,而且具有生产技术可靠,工艺可行,产品质量高,效益显著等特点。
【学位授予单位】:扬州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TQ423.9;TQ444

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