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木质素磺酸钠衍生物的合成及性能研究

宋博  
【摘要】:水煤浆(CWS)是指在煤水混合物中加入少量的分散添加剂,使不稳定的悬浮体系变得分散均匀。CWS燃烧热值高、对环境污染小、煤粉资源丰富,所以能够代替石油成为清洁能源,但是CWS中悬浮的煤粉颗粒长时间放置会产生沉淀,影响后续使用,为了解决这一难题,分散添加剂层出不穷,常用的有萘系、腐植酸系和木质素系。木质素来源于造纸废液,分子量大且广,直接作为分散剂效果并不理想,所以要对其进行改性赋予其新的性能。本文针对神华煤内水含量高,成浆困难的问题,首先采用亚硫酸氢钠和甲醛对木质素磺酸钠进行磺甲基化改性,其次以木质素磺酸钠(LS)、甲基丙烯磺酸钠(SMAS)和烯丙基聚氧乙烯醚(APEG)为原料,进行水溶液聚合反应,分别合成了木质素磺酸钠和烯丙基聚氧乙烯醚的接枝共聚物(LS-APEG),木质素磺酸钠、烯丙基聚氧乙烯醚、甲基丙烯磺酸钠的接枝共聚物(LS-APEG-SMAS)。对合成的LS-APEG和LS-APEG-SMAS进行了降黏分散性能评价。主要研究如下:(1)以木质素磺酸钠和甲醛为原料,在氧化剂过氧化氢和磺化剂亚硫酸氢钠作用下,对木质素磺酸钠进行了磺甲基化改性。采用红外光谱对产物结构进行了确认;元素分析测定了原料和产物的S含量,发现改性之后产物的S质量分数由1.65%增加到4.41%;探讨了磺甲基化反应的较佳工艺条件为:反应时间6h,反应温度80℃,甲醛用量34%和过氧化氢用量36%,在此工艺条件下测得磺化度为1.4081mmol/g。(2)以木质素磺酸钠和烯丙醇聚氧乙烯醚为原料,过硫酸钾为引发剂,水溶液聚合法合成了LS-APEG。采用红外光谱和核磁共振氢谱对产物结构进行了确认;探讨了合成LS-APEG的较佳工艺条件为:反应温度80℃,引发剂K_2S_2O_8用量3.5%,APEG加量42.5%,反应时间4h。当APEG分子量为1000时,在此条件下,合成的LS-APEG的表观黏度为818m Pa.s。(3)以木质素磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠和烯丙醇聚氧乙烯醚为原料,过硫酸钾为引发剂,水溶液聚合法合成了LS-APEG-SMAS。采用红外光谱和核磁共振氢谱对产物结构进行了确认;探讨了合成LS-APEG-SMAS的较佳工艺条件为:引发剂K_2S_2O_8用量为4%,聚合时间4.5h,聚合温度75℃,APEG的加量为40%,SMAS的加量为25%,在此条件下,得到的接枝共聚物用于神华煤制浆,水煤浆的表观黏度为740m Pa·s。(4)通过对三种不同的水煤浆添加剂:LS、LS-APEG和LS-APEG-SMAS在神华煤中的应用,探讨了分散剂的添加量对水煤浆浆体浓度的表观黏度的影响以及稳定性分析,结果发现在同一浆体浓度下,放置同样时间,三种分散剂的稳定性顺序为LS-APEG-SMASLS-APEGLS。同时探究了LS-APEG-SMAS(MAPEG=600、800、1000、1200和2000)分散剂质量浓度和吸附时间对饱和吸附量的影响,发现当浓度为600mg/L时吸附10h以上,达到饱和吸附,且饱和吸附量可达8mg/g。进一步测定了分散剂在煤水界面的润湿性和负电性,Zeta电位由-8.54m V变化到-31.5m V,接触角最低可达到41.23°。


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