粉煤灰纤维分散、软化及应用实验研究

摘要

粉煤灰已成为全球最大的固体废弃物,严重污染环境。国内外有许多关于粉煤灰利用方面的研究报道,但多属于低端的应用研究,如用粉煤灰筑路或建筑填充,而且,在我国其综合利用率尚不足50％。近年来,有研究者将粉煤灰制成超细短纤维,并用于造纸,赋予其更高的应用附加值。由于粉煤灰纤维是一种新型的材料,缺乏基础应用研究,在用于造纸过程中,分散、软化又是制约瓶颈,所以,本文从粉煤灰纤维的理化性质入手,对粉煤灰纤维的分散、软化技术进行了研究。同时,考虑到粉煤灰纤维有可能应用到石油开采过程中的纤维防砂,本文对其作为支撑剂用于砂子回流控制进行了探索性研究。本文研究对粉煤灰纤维的应用技术开发具有重要的理论意义和实用价值。
　　 首先对粉煤灰纤维的形貌特征、理化性质、结构、表面电性进行了研究,为其后续处理、应用实验研究提供了基础数据和依据。
　　 针对粉煤灰纤维用于造纸时出现的疏水性强、脆且硬、易断裂、不易分散等问题对其分散及软化处理技术进行了系统的实验研究。
　　 (1)采用化学分散辅以机械分散的方法对粉煤灰纤维进行分散实验研究。用沉降法、悬浮液观察法、扫描电镜法评价纤维分散效果。通过分散剂复配手段得出粉煤灰纤维的最优分散方案为阴离子表面活性剂、电解质无机盐、非离子表面活性剂的组合:1.2％CMC+0.8％SBS+0.4％STPP+0.4％HEC,并进一步探讨粉煤灰纤维分散机理。借鉴纳米材料的表面改性方法,用氢氧化钙溶液对粉煤灰纤维进行纳米调控改性,使纤维强度明显增加,在阴离子分散液中的分散稳定性有一定程度的提高。
　　 (2)采用化学法对粉煤灰纤维进行软化实验,研究了软化剂的种类、用量、软化时间对其软化效果的影响,得出粉煤灰纤维的最优软化方案为:浓度为2％的BS-12处理剂软化60分钟,并进一步探讨粉煤灰纤维软化机理。
　　 实验表明,经过分散和软化处理的粉煤灰纤维不仅可形成长期分散稳定的纤维悬浮液,而且纤维强度显著提高。
　　 本文针对纤维防砂技术相关工艺条件,进行粉煤灰纤维性能测试、纤维复合支撑剂性能评价及粉煤灰纤维增强支撑剂导流能力实验。结果表明,当纤维加量为1.0％时,可与支撑剂混合形成良好的三维网络结构,在起到很好的稳砂作用的同时可在高闭合压力下显著提高支撑剂导流能力。