聚醚大单体及水煤浆分散剂的合成与性能研究

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我国是一个煤炭资源丰富而石油资源相对匮乏的国家,作为能源清洁化技术之一的水煤浆技术,不仅可以缓解石油,天然气等资源的紧缺,同时还减少SO2和NOx等污染气体的排放,因此受到世界各国的广泛重视。作为水煤浆制备技术的核心,分散剂的研究起着举足轻重的作用。   神府煤属于低变质程度的不粘结煤,具有低灰、低硫、煤质优良等特点,因此直接利用原煤制备水煤浆具有很好的市场前景。但是由于神府煤的内在水分含量和氧/炭比较高,很难制备出高浓度的水煤浆,因此,对神府煤的成浆性进行研究具有重要的意义。山西精煤,属于低硫、低变质程度的优质煤炭,其高挥发分有利提高水煤浆质量,改善焦炉煤气和化学产品的产率。其煤质优良,属于中等制浆性能。   本文合成了两种高效聚羧酸系分散剂,考察了对神府煤和山西精煤的制浆性能。采用直接酯化法在实验室自制了单酯大分子单体,在水溶液中通过自由基聚合,以自制大分子单体和其他共聚单体制备新型聚羧酸系水煤浆分散剂,即衣康酸型分散剂(IA-PEG)-SSS-MAA和马来酸型分散剂(MA-MPEG)-SAS-MAA。通过Zeta电位、TGA及IR等手段对分散剂的结构、热稳定性进行表征和分析。   探讨了不同单体配比、不同催化剂用量、不同反应温度对大分子单体酯化率的影响;及共聚反应中单体配比、引发剂用量、反应温度对分散剂合成以及性能的影响。分别考察了衣康酸型分散剂对陕西神府煤、马来酸型分散剂对山西精煤成浆效果,讨论了分散剂用量对水煤浆黏度、Zeta电位、成浆性等性能的影响。衣康酸型分散剂用量为0.5%时,神府煤的浓度达到71%,黏度为1258mPa·s。马来酸型分散剂用量为0.6%时,山西精煤的浓度达到71%,黏度为1324mPa·s。   研究了粒度级配对水煤浆成浆性的影响。通过对分散剂的成浆性实验,发现粒度级配是除分散剂因素影外响水煤浆成浆性最重要的因素。对陕西神府煤和山西精煤的成浆性实验发现,粒度级配的变化能使水煤浆的性能发生剧烈的变化。合理的粒度级配可使水煤浆黏度降低,流动性及稳定性增强,不合理的粒度级配很难成浆或成浆性较差。为了使神府煤和山西精煤更好地应用于水煤浆制备工业,以多峰级配法制备水煤浆,寻求制浆的最佳粒度配比。理想的水煤浆粒度级配是制备水煤浆的关键技术之一,而多峰级配法能有效提高水煤浆浓度。   聚羧酸型分散剂的优势是根据分子设计的原理可以合成不同类型的分散剂,当确定煤质的有机物物质含量及结构,通过分子设计来合成与之匹配的分散剂,将达到理想的分散效果。
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