新型聚羧酸系水煤浆分散剂的合成与性能研究

摘要

水煤浆作为重要的洁净煤技术,在我国的能源战略中有着重要的地位。而水煤浆技术的关键是水煤浆添加剂。彬长煤与神府煤都存在最大成浆浓度低的问题,为了解决这一问题,本实验合成了两种新型聚羧酸分散剂——PAAS型聚羧酸分散剂和柠檬酸酯型聚羧酸分散剂。将其分别用于彬长煤、神府煤的水煤浆制备,考察成浆性特点;讨论了产物聚合反应中不同单体配比、引发剂添加量、反应温度、反应时间对两种分散剂性能的影响及柠檬酸酯化大分子单体的酯化反应条件;分析了侧链结构对分散剂性能的影响,以及如何进行合理的分子结构设计。
　　 在烯丙基聚乙二醇(APEG)、丙烯酸(AA)、苯乙烯磺酸钠(SSS)的摩尔比为3:4:1,引发剂添加量为反应物总质量的3%,滴加1h,反应温度80℃,反应6h下所制得的PAAS型分散剂对彬长煤水煤浆的降粘效果最佳;在柠檬酸酯化大分子单体、丙烯酸(AA)、苯乙烯磺酸钠(SSS)的摩尔比为1:2:1,引发剂添加量为反应物总质量的2%,滴加1h,反应温度为75℃,反应4h下所制得的柠檬酸酯型分散剂对神府煤水煤浆的降粘效果最好。两种分散剂分别用于彬长煤、神府煤的水煤浆制备,考察浆体的分散性、稳定性,与市售的萘系分散剂、木质素磺酸钠分散剂进行横向比较后发现,本实验合成的两种新型聚羧酸分散剂性能均超过后两者。最后使用IR、TGA、GPC等表征方法对分散剂分子的结构、热性能、相对分子质量分布进行了分析。
　　 本实验还讨论了分散剂分子侧链中的芳香基团、多羧基结构及侧链长度对水煤浆性能的影响。用烯丙基磺酸钠(SAS)作为共聚单体替代苯乙烯磺酸钠(SSS)合成一种分子侧链不含苯环结构的分散剂,与PAAS型分散剂分别对彬长煤制浆,考察浆体流变性、表观粘度及7d的析水率,发现用PAAS型分散剂配制的水煤浆的浆体流型、稳定性均优于另一种;分别使用APEG-800和APEG-1000作为PAAS型分散剂的共聚反应单体,合成出两种分子侧链长度不同的PAAS型分散剂,并分别对彬长煤制浆,考察两个水煤浆试样的流变性、表观粘度、7d析水率并测定不同浓度分散剂溶液对1g煤样的吸附量,结果表明,用分子侧链较长的分散剂制备的水煤浆表观粘度、7d析水率都偏高而且各浓度下的分散剂溶液对煤的吸附量较小;使用柠檬酸酯型分散剂与酯化时未加入柠檬酸的分散剂分别对神府煤制浆,考察浆体流变性、表观黏度、7d析水率及不同分散剂添加量下的水煤浆ζ电位值,结果表明,用柠檬酸酯型分散剂制备的水煤浆ζ电位值更高而表观粘度、7d析水率较低,且浆体流型更好。