高分子交联的添加剂对煤粉成浆性的研究

研究与探讨高分子交联的添加剂对煤粉成浆性的研究周志军',桂斌',李 宁’,刘建忠' ,周俊虎,岑可法'(1.浙江大学能源清洁利用国家重点实验室,浙江杭州310027;2.浙江大学化学系,浙江杭州310027)摘要:通过神木煤的红外光谱谱图解析,对现有的添加剂进行筛选和高分子交联改性,发现经过高分子交联后的添加剂对神木煤在水中的分散降粘效果以及煤浆稳定性均比单纯的阴离子表面活性剂要好很多,进一步通过所制得的煤浆ζ电位测定,分析了该添加剂的作用机理。关键词:红外光谱;高分子; ζ电位;水煤浆;分散剂中图分类号:TQ534.4文献标识码:A文章编号:1004 - 3950( 2006)04 -0018 - 04Study of polymer crosslinking modified additives tocoal-water mixture capabilityZHOU Zhi-jun', GUI Bin', LI Ning", et al(1. State Key Laboratory of Clean Energy Utilization, Zhejiang University ，Hangzhou 310027，China;2. Department of Chemistry, Zhejiang Universilty, Hangzhou 310027, China)Abstract: By analyzing the IR spectrogram of Shenmu coal and polymer modification of the additives used in common,We finded the viscosity decrease proper to and stability of the coal-water mixture when added polymer crosslinking mod-ified additives were better than anion surfactants. Then by determining the ζpotential of the coal-water mixture，we an-alyzeed the efct mechanism of the additive.Key words:IR; macromolecule ; ζpotential ; coal-water mixture ; dispersant通过高分子链中0等杂原子增加表面活性剂的0引言亲水性4。笔者选择一种阴离子表面活性剂和水煤浆作为一种煤基液体燃料,是由大约-种有长聚氧乙烯链的非离子表面活性剂,按一70%的煤粉,1%左右的添加剂,其余为水组成的定比例,在合适的溶剂中搅拌-定时间,开发了一粗分散体系"。水煤浆的主要特性参数包括稳.种新型的高分子交联添加剂。定性、浓度以及流变特性。其中水煤浆添加剂对本次试验选用神木煤作为制浆用煤粉,加入水煤浆的性能起着关键的作用2]。目前市场上自己配制的新型高分子交联添加剂,通过测定煤使用的大多数都是单一成分的添加剂,例如木质浆的浓度、粘度和稳定性来评价煤浆的性能。对素磺酸盐和萘系类表面活性剂,现有的添加剂的试验的结果进行分析,对水煤浆添加剂的作用机改性大多是在分子水平.上引入新的基团，这种表理进行研究。面活性剂的改性相当于合成一种新的物质,因而1实验部分反应产物的纯度无法控制，特别是在工业中应用会增加成本，降低经济性,且在添加剂的改性操作煤粉的制备中易引起污染,不利于能源的清洁利用”。为将神木煤在实验室干燥24 h, 放入磨煤机中此,根据水煤浆中胶粒表面特性,将高分子化合物磨成低于80目的细煤粉,再将制得的煤粉通过引入到表面活性剂中,通过高分子链中C、H元素200月筛_即得到低干200目的超细煤粉。中国煤化工所组成的疏水基团增加水煤浆中胶粒的分散性,THCNMHG收稿日期:2006 -01-18基金项目:国家973项目资助( 2004CB217701 -02)作者简介:周志军(1970- ),男,安徽蚌埠人,副教授。- 18-研究与探讨翻表1样品神木煤煤质分析工业分析/%发热量元素分析/%M。VdFCaQnn. ag/(kJ. kg~")CaHNaS, ad3.5817. 81.28. 6150. 0026 19664.263. 670. 931.188.571.2 水煤浆性能测定方法1.2.1 水煤浆浓度的测定先称量干燥的称量瓶的质量m,,取充分搅拌均匀的水煤浆试样置于预先干燥并称量过的称量瓶中,迅速加盖,称量其质量m2,将称量瓶和瓶盖放入预先鼓风并已加热到105~110 C的干燥箱中,在鼓风条件下,干燥1 h。从干燥箱中取出称量瓶,立即盖上盖,放入装有CaCl,干燥剂的干燥器中,冷却至室温称量其质量m3。图2添加剂的 IR谱图得到的水煤浆浓度为:对红外光谱进行分析,神木煤与我们的添加(m3 -m,)/(m2 -m,) x 100%剂有相似的IR谱图，可看到在3700~3030cm-11.2.2水煤浆流变性能及表观粘度的测定处有缔合羟基的伸缩振动特征峰,在2909cm-1选用NXS-11A型旋转粘度计测量水煤浆的处出现一小峰,这是甲基和亚甲基的C- H的振粘度。选用C系统,剪切速率动,相对于1611cm-'处的烯烃双键的吸收,以及40.33 - 163.1 u/s,1603.1508cm-'处的芳香环的骨架振动吸收峰30s读数,则有来说要小得多,说明该神木煤主要由链烷烃、环烷水煤浆粘度=仪器读数x仪器常数烃、芳香烃等烃类组成。因而根据相似相容的原1.2.3水煤浆稳定性的测定用观察法确定水煤浆的稳定性,测定煤浆无理,选择以苯环为主的疏水基团的表面活性剂作为分散剂。在2 830 cm-有醛基的弱的VCH特硬沉淀的时间。征峰,1115和1033cm-1处的杂原子的环硫醚、噻1.3 IR 光谱采用IR- -470 仪,KBr压片测定,测量范围吩类化合物的振动吸收,这些杂原子均是显负电性,可以与某些物质形成氢键,所以我们利用高分4 000 ~400 cm子化合物聚氧乙烯链与阴离子表面活性剂交联,1.4 ζ电位的测定在50mL水中加入添加剂,配制不同浓度的希望能在高分子长链中以氢键的方式吸附多个煤溶液,再加入0.1 g制浆用煤粉,搅拌均匀,静置5浆中的胶粒,从而更好地起到分散作用,并起到稳定剂的作用。min ,用自动电位测定仪测定ζ电位。2.2制浆浓度和添加量对煤浆表观粘度的影响2实验结果与讨论用自制的添加剂,保持添加量为0.6%制浆,作出表观粘度随煤浆浓度变化的曲线,见图3。2.1 煤粉的IR谱图分析保持制浆浓度60%不变,改变添加剂的用量,测定煤浆浓度,作出表观粘度与添加量的变化曲线,见图4。由图3中可以看出,煤浆的表观粘度随着浓度中国煤化工1 200 mPa. s以下时CNMHG由图4可以看到,在添加量0.45%以下时,煤浆的粘度仍然较高,而当添加量增加到0.6%时,粘度突然下降。当添图1神木煤的 IR谱图能源工程2006年,第4 期-19-研究与深讨1400十新型复配添加剂-添加量0.15%160 -o-添加量0.30%1 200 t女木质素磺酸钠140古添加量0.45%添加量0.60%1 000的120添加量0.75%添加量0.90%800100 女家加量0.05600840040200545658606264020406080100120140160180煤浆浓度%图3煤浆浓度对煤浆粘度的影响剪切速率/s"'图5不同添加量的煤浆流变曲线浆的分散性能影响很大,为了避免水中的离子对电1100r1000t位的影响,我们用蒸馏水作为分散介质配制溶液,900不同分散剂浓度对ζ电位的影响结果如图6。70025 t30 t500-35 t面P -400.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2添加量1%45 t图4添加量对煤浆粘度的影响50 t加量超过0.8%时，粘度又基本不变。加入带有020040060080010001200适量的亲水基团的高分子化合物,就会提高溶胶添加量/mg对电解质的稳定性,高分子化合物附着在胶粒表图6不同分散剂浓度对ζ电位的影响面,可以使疏水的胶粒变成亲水,提高胶粒溶解分散剂中的阴离子表面活性剂在煤粒表面产度,在胶粒表面形成-个高分子保护膜,增强溶胶生吸附,非极性的碳氢链对着煤粒表面,而极性基抗电解质的能力。所以高分子化合物经常被用来团在水相中,其无机离子发生电离,形成了扩散双作胶体的保护剂。非离子表面活性剂与阴离子表面活性剂会形电层。由于煤粒表面带有相同符号的电荷,增强.成混合胶团,非离子表面活性剂分子“插入”胶团,了其电斥力,使煤浆具有更好的分散性5]。使阴离子表面活性剂的“离子头”之间的电斥力减2.5水煤浆稳定性的测定弱,再加上两种表面活性剂分子碳氢链间的疏水作我们对不同浓度及不同添加量的煤浆作了稳定性评价,并和亚甲基双萘磺酸钠作为添加剂的用,则更容易形成胶团，使煤浆的eme下降。煤浆作了比较,结果见表2。2.3煤浆流变性能的研究对不同添加量制作煤浆的流变曲线,见图5。表2水煤 浆稳定性比较从图上可以发现,当添加量较少,煤浆表观粘度较煤浆添加剂用量/%萘磺酸钠高时,煤浆属于塑性流体。而当添加量0.6%以中国煤化工0.6 0.750. 6%上,分散性能较好时,煤浆变为假塑性流体,符合5d7d1hTHCNMHG煤浆高速运动时的要求。3d2.4 ζ电位的测定505h5h7h，8h10h12 d根据DLVO理论,煤粒表面电位的大小对煤.527d8d9d12d15d1d-20-研究与探讨翻从表2中可以看出,高分子交联添加剂的稳参考文献:定性明显要好于单纯的阴离子表面活性剂。因为高分子交联添加剂中的含有聚氧乙烯链的非离子[1]王敦曾.水煤浆技术研究与应用[C] //2001年水煤表面活性剂能与其他分子形成氢键的基团。高分浆技术研讨会论文集.福州:煤炭工业技术委员会、子交联添加剂中的两组分在界面上吸附形成混合国家水煤浆工程技术研究中心,2001.[ 2]张骅,胡耿源.表面活性剂化学[ M].杭州:浙江膜,具有较高的强度,形成的三维空间能垒也较单大学出版社,1996.纯的阴离子表面活性剂稳定。[3]邱学青,周明松,王卫星.改性木质素磺酸盐水煤浆3结论添加剂性能研究[J].煤炭科学技术,2004,32(1):44- 50.确定了一种新型高效的水煤浆添加剂配方。[4]张延霖,邱学青,王卫星.水煤浆添加剂的发展动向对降低煤浆粘度,提高煤浆性能有明显的效果,在[J].现代化工,2004 ,24(3):16-17.不添加稳定剂的前提下,煤浆的稳定性也很好。[5]孙成功,李保庆,尉迟唯,等.分散剂表面吸附特性可以利用红外光谱以及相似相容原理对添加和相关电化学性质对煤浆分散体系流变特性的影剂配方进行预测。响[J].燃料化学学报, 1995 ,24(4) :323 -328.白、资料中国可再生能源的家底水能水能资源是我国最重要的可再生资源。优先发展水力,是我国能源发展的指导方针之一。手国水力资源理论蕴藏量为6.94亿kW,年发电量为6.08万亿kWh。技术可开发装机容量5.42亿kW,年发电量达2.47万亿kWh,经济可开发装机容量为4.02亿kW,年发电量为1.75万亿kWh。无论是水能资源蕴藏量还是可能开发的水能资源，均居世界第一。按规划到2020年,我国水电装机容量将达到3亿kW,占发电装机容量的30% , 开发程度为55% , 接近发达国家的开发利用程度。届时每年水电的发电量可以替代5亿t燃煤的火电,可减排15亿t二氧化碳气体。太阳能我国陆地表面每年接受太阳能辐射,相当于49000亿t标准煤,全国2/3的国土面积日照在2200h以上,据计算,我国太阳能有109万MW,即使只开发1%的太阳能,其装机容量就能超过3600MW。如果将这些太阳能用于发电,则等于上万个三峡电厂发电量的总和。中国科学院院士、理论物理学家何祚庥曾指出,在我国能源高度紧张的情况下,应把希望寄托于太阳能。他认为,我国的沙漠将成为重要的能源基地,我国有85.4万km2 的沙漠,如果将10万km2沙漠上的阳光转变为太阳能,能够发电25亿kW,这是一个巨大的天然能量。生物质能我国生物质能资源可转换为能源的潜力约为5亿t标准煤。在农村,沼气利用已成为发展绿色生态农业和巩固生态建设成果的一个重要途径。目前全国户用沼气池达1 300多万座，年产沼气约60亿m' ,建成大型畜禽养殖场和沼气工程、工业有机废水沼气工程1 400座。去年国家又安排110亿元国债资金,用于农村进-步推广沼气池建设。据介绍,以沼气、秸秆为代表的生物质能源利用总量已超过2.5亿t标准煤,约占农村地区居民生活用能的50%。我国加工替代石油产品的农作物、薯类植物来源非常丰富。国内最先起步的，生物质转化替代石油即乙醇汽油,排放小，成本低,无需改造机器,对车辆发动机还有保护作用,已成功“引燃”汽车燃料市场。全国以陈化粮原料生产的燃料乙醇生产能力约100中国煤化工燃料乙醇规模达年产5000t,利用植物油脂、动物油脂等提炼的车用生物柴油.MYHCNMHG能源工程2006年,第4期-21-