功能单体对聚羧酸盐水煤浆分散剂的结构与性能影响研究

来源 :陕西科技大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:woxuejavalala
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陕西彬长煤和内蒙霍林河煤的煤质差,氧/碳比和内水含量较高,变质程度低,成浆性差。本文针这两种煤,制备了新一代水煤浆分散剂,聚羧酸盐水煤浆分散剂。该类分散剂分散性能优异,制浆浓度高,添加量小、其制备工艺简单。但是由于各单体价格昂贵导致制备成本高,还未被广泛应用。制备出性能优良,价格低廉的聚羧酸盐分散剂是发展该类分散剂的关键。本文制备了一系列聚羧酸盐分散剂,旨在降低合成成本,筛选出最经济有效的功能单体,提高聚羧酸盐分散剂的应用价值。本文的第一部分以甲基丙烯酸(MAA)和烯丙基磺酸钠(SAS)为单体,以质量分数为10%的次亚磷酸钠为链转移剂,以4%(质量分数)的过硫酸氨为引发剂,反应温度为80℃,反应时间约为5h,通过自由基反应共聚制得两元聚羧酸盐(PMAS)系列聚羧酸盐分散剂。单体MAA:SAS的摩尔比分别为20.83,9.21,4.60,3.63,2.22的两元分散剂,分别记为PMAS-0、 PMAS-1、PMAS-2、PMAS-3、PMAS-4。并通过水相电位滴定法测得-COO-1-SO3-1的实际摩尔比分别为15.67,6.93,3.23,1.78,0.94。并通过红外光谱(FT-IR)、凝胶渗透色谱(GPC)表征了其分子结构。将其作用于陕西彬长煤制浆,在用量为0.4wt%,水煤浆浆浓为65%时,考察了浆体的表观粘度与-COO-1-SO3-1比值的关系,在不同浓度下的Zeta电位以及pH对水煤浆制浆应用的影响等。结果表明当-COO-1-SO3-1比值为约3.23时,浆体的表观粘度最低,稳定性理想,此时浆体的Zeta能达到-38mV,水煤浆粘度随着pH的增大逐渐降低,当pH大于10时水煤浆粘度趋于稳定。第二部分在二元分散剂的基础上引入聚醚大单体,并改变磺酸盐单体的种类,考察其应用性能。用甲基丙烯酸(MAA)、烯丙基醇聚氧乙烯醚(APEG500)分别和苯乙烯磺酸钠(SSS)、烯丙基磺酸钠(SAS)、甲基烯丙基磺酸钠(SMAS).2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)按照一定比例,通过共聚反应制得4种三元分散剂,分别记为PCSS、PCS、PCSM、 PCSA。通过红外光谱(FT-IR)、凝胶渗透色谱(GPC)表征了结构。以热失重(TA)和差示扫描(DSC)分析,考察了其热性能。将4种分散剂分别作用于霍林河煤制浆,分析了大单体APEG500的最佳用量。并考察了4种分散剂制浆时的表观粘度、稳定性、流变性、最大成浆浓度、最佳添加量等性能,筛选出性能最佳的磺酸盐单体对应的聚羧酸盐分散剂。通过Zeta电位、吸附性能及其和煤的接触角等作用机理,分析了几种分散剂与煤的作用特点。结果表明,在MAA:S(磺酸盐单体):APEG500=4:1.3:2时,霍林河煤的最佳制浆浓度为57%,最佳添加量为0.4%。其中分散剂:PCSS的分散性能最好,制浆的表观粘度和稳定性俱佳,且PCSS的流变模型优于其他三元分散剂制浆流变模型。分散齐PCSS在煤表面的吸附量最大,可达3.32mg/g,浆浓在57%时,表观粘度在644mPa·s, Zeta电位为-41mV,接触角有34.11°。筛选出带苯环的苯乙烯磺酸钠是该三元分散剂的最佳磺酸盐类单体。第三部分以甲基丙烯酸(MAA)、烯丙基醇聚氧乙烯醚(APEG500)、苯乙烯(St)分别和烯丙基磺酸钠(SAS)、甲基烯丙基磺酸钠(SMAS)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)共聚制得3种四元聚羧酸盐分散剂。分别记为PCST、PCSMT、PCSAT。通过红外光谱、热重、凝胶渗透色谱等手段对分散剂的结构、热性能和相对分子质量及其分布进行了表征和分析。作用于霍林河煤,讨论了St的最佳用量,考察了浆体的表观粘度、稳定性、流变性、最大成浆浓度、最佳添加量等性能。最后考察了分散剂的Zeta电位、吸附性能及其和煤的接触角等作用机理。结果表明,在St用量为3.5Wt%时,四元分散剂PCST的分散性能最好。此时,霍林河煤的最佳制浆浓度为57%,最佳添加量为0.4%。其中分散剂PCST的分散性能最好,表观粘度和稳定性俱佳,流变模型为假塑型。分散齐IJPCST的的分散性能最好,浆浓在57%时,表观粘度在503.7 mPa·s,吸附量最大,可达3.19mg/g, Zeta电位为-36mV,接触角有49.84°。
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