淀粉接枝共聚物水煤浆分散剂的制备及性能研究

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本文从水煤浆技术、水煤浆分散剂的分类和作用机理三方面介绍了水煤浆分散剂的研究背景,阐述了国内外水煤浆分散剂的研究现状及存在问题。面对当前水煤浆分散剂存在的问题,水煤浆分散剂有两个发展趋势:一方面要求产品性能好,可生物降解,毒性低;另一方面,水煤浆分散剂的原料来源应易得,价廉。从而,寻求新原料来制备新型水煤浆分散剂成了当今水煤浆分散剂开发的重点,天然产物的改性物用作水煤浆分散剂无疑成为焦点。本文以淀粉为主要原料之一,根据水煤浆对应用性能的需求选用乙烯基功能单体对淀粉进行接枝改性,制备适合水煤浆制浆的淀粉接枝共聚物分散剂。本文主要制备了三种梳状淀粉基水煤浆分散剂。在FeSO4-H2O2氧化还原体系中,以淀粉为主链,以苯乙烯和丙烯酸羟乙酯为单体,通过无皂乳液聚合法制备了淀粉接枝丙烯酸羟乙酯和苯乙烯的共聚物(SHS)。在NaHSO3-K2S2O8氧化还原体系中,以淀粉为主链,与苯乙烯磺酸钠和丙烯酸进行自由基聚合,制备了淀粉接枝丙烯酸和苯乙烯磺酸钠的共聚物(SAS)。在NaHSO3-K2S2O8氧化还原体系中,以淀粉为主链,与丙烯酸、苯乙烯磺酸钠和马来酸-聚乙二醇单酯进行自由基聚合,制备淀粉接枝共聚物水煤浆分散剂(SASP)。通过红外光谱、热重分析、动态接触角、Zeta电位对其结构和性能进行表征和分析。采用神华煤煤样,对SHS、SAS、SASP三种淀粉基水煤浆分散剂的制浆性能(表观粘度、流变性和稳定性)做测试。结果表明,SHS水煤浆分散剂的最佳添加量为0.5wt%,最佳制浆浓度为65wt%;在最佳分散剂添加量和最佳制浆浓度下,水煤浆的Zeta电位为-38.81mV,表观黏度为852mPa·s,具有剪切变稀的特性,放置7d后,析水率为6.5%,流动性达到B等级。SAS水煤浆分散剂的最佳添加量为0.4wt%,最佳制浆浓度为66wt%;在最佳分散剂添加量和最佳制浆浓度下,水煤浆的Zeta电位为-39.85mV,表观粘度为848mPa·s,放置7d后,析水率为6.2%,具有剪切变稀的特性,流动性达到B等级。SASP水煤浆分散剂的最佳添加量为0.4wt%,最佳制浆浓度为66wt%;在最佳分散剂添加量和最佳制浆浓度下,水煤浆的Zeta电位为-42.35mV,表观粘度为922mPa·s,放置7d后,析水率为3.2%,流动性达到B等级,具有剪切变稀的特性,为假塑性流体。最后,本文对SHS、SAS、SASP三种淀粉接枝共聚物水煤浆分散剂的煤水界面性能和吸附机理进行了研究和探讨。淀粉接枝共聚物水煤浆分散剂是以具有亲水性长链的淀粉为主链,乙烯基单体(含有磺酸基、羧基阴离子基团)为侧链,通过侧链的芳环和碳氢链吸附在煤炭颗粒表面,封闭包裹住煤炭粒子,而亲水基团伸向水溶液,使煤粒的疏水表面转化为亲水,既有产生立体排斥力的基团,又有产生静电排斥力的基团,同时起降黏和稳定作用。
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