【摘要】：如何使傳統(tǒng)能源得到清潔高效利用是我國目前的一個(gè)關(guān)注熱點(diǎn)。水煤漿作為一種煤基清潔燃料具有廣泛的應(yīng)用。滿足工業(yè)應(yīng)用需求的水煤漿需具備有高濃度、低黏度和優(yōu)秀的流變性、穩(wěn)定性等性能特點(diǎn),制漿過程當(dāng)中必須添加少許專用添加劑�，F(xiàn)階段制漿用分散劑大多以陰離子與非離子型分散劑為主。制漿用的腐殖酸系水煤漿分散劑主要由腐殖酸鹽及其改性產(chǎn)品所組成,特點(diǎn)是原料易得價(jià)廉,且制漿分散性能良好,可單獨(dú)使用,但同樣也存在制漿穩(wěn)定性差、對金屬離子敏感等問題。有研究表明,兩性離子型分散劑不但可以有效降低水煤漿的表觀黏度,還能提高漿體穩(wěn)定性。本論文以腐殖酸(HA),烯丙基磺酸鈉(SAS)、二甲基二烯丙基氯化銨(DMDAAC)為原料,過硫酸鉀為引發(fā)劑,采用水溶液自由基聚合原理,制備一種新型兩性離子型腐殖酸接枝共聚物水煤漿分散劑—HA-SAS-DMDAAC(HSC),并通過紅外光譜、熱重分析和差示掃描量熱等對聚合物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征和分析。考察了陽離子單體用量、引發(fā)劑用量、反應(yīng)溫度對彬長煤水煤漿性能的影響。優(yōu)化的工藝條件如下:m(DMDAAC):m(SAS):m(HA)=0.3∶1.0∶2.0,引發(fā)劑用量7.0 wt%,反應(yīng)溫度80℃。研究表明:兩性離子型腐殖酸接枝共聚物分散劑(HSC)比陰離子型腐殖酸接枝共聚物分散劑(HS)具有更好的降黏效果,并明顯增強(qiáng)了漿體的靜態(tài)穩(wěn)定性,其減黏效果接近市售萘磺酸鹽縮合物分散劑NSF。通過穩(wěn)定性分析儀對由HSC、HS及NSF所制水煤漿體系的穩(wěn)定性進(jìn)行研究,結(jié)果表明:隨著靜置時(shí)間的增長,由HSC、HS制備的水煤漿體系中主要發(fā)生沉降現(xiàn)象,清液層相對寬度逐漸增大,渾濁區(qū)粒徑緩慢減小,不穩(wěn)定系數(shù)增大,水煤漿穩(wěn)定性減小;而由NSF所制水煤漿體系主要發(fā)生團(tuán)聚、沉降現(xiàn)象,清液層相對寬度增大,渾濁區(qū)粒徑增大,不穩(wěn)定系數(shù)增大,水煤漿穩(wěn)定性減小。三種分散劑對水煤漿的穩(wěn)定性增強(qiáng)能力依次為:HSCHSNSF。研究了HSC、HS分散劑在彬長煤表面的吸附量、分散劑溶液在彬長煤表面的接觸角及Zeta電位。結(jié)果表明:兩性離子型分散劑HSC在彬長煤表面的吸附行為屬于多層吸附;陰離子型分散劑HS在彬長煤表面的吸附行為則屬于單分子層吸附,符合Langmuir吸附等溫方程,最大吸附量為12.2224mg/g。HSC、HS分散劑均可以有效降低煤/水界面的接觸角,且HSC具有比HS更佳優(yōu)秀的潤濕作用;Zeta電位測試表明:HSC、HS分散劑均可以提高煤粒表面的Zeta電位絕對值,具有較好的靜電斥力減黏效果。將HSC、HS、NSF分散劑及腐殖酸鈉分散劑(HA)用于彬長煤水煤漿制漿,考察分散劑種類、制漿濃度、溫度對漿體流變特性的影響,并以Herschel-Bulkey模型對水煤漿的流變曲線進(jìn)行擬合。結(jié)果表明:彬長煤水煤漿的流變曲線符合Herschel-Bulkey模型,采用具有接枝結(jié)構(gòu)的HSC、HS分散劑所制得的水煤漿表現(xiàn)出明顯的屈服假塑性流體特性,而由NSF、HA分散劑所制得的水煤漿則表現(xiàn)出輕微的屈服脹塑性流體特性;隨著制漿濃度增加,水煤漿的表觀黏度、屈服應(yīng)力、流動系數(shù)均表現(xiàn)出增大趨勢,水煤漿的流動特征會向屈服脹塑性流體轉(zhuǎn)變。在5℃時(shí),由HSC、HS所制水煤漿具有較高的表觀黏度、屈服應(yīng)力,且漿體表現(xiàn)出輕微屈服脹塑性流體特征;溫度升至25℃時(shí),水煤漿的流體模型轉(zhuǎn)變?yōu)榍偎苄粤黧w,此后隨著制漿溫度的升高,由HSC、HS所制水煤漿的表觀黏度、屈服應(yīng)力、稠度系數(shù)均呈減小趨勢,而流動性指數(shù)則不斷增大,升高溫度能夠減弱漿體的屈服假塑性特性,促使?jié){體向賓漢流體轉(zhuǎn)變。在彬長煤水煤漿制備過程中分別添加Ca Cl2、Mg Cl2、Fe Cl3、Al Cl3四種電解質(zhì),考察了四種金屬離子對由HSC、HS分散劑所制的水煤漿的成漿性、穩(wěn)定性及流變性的影響。研究表明:金屬離子對腐殖酸系分散劑HSC、HS所制水煤漿的成漿性、穩(wěn)定性及流變性具有很大的影響。隨著外加金屬離子濃度的增加,由HSC所制得的水煤漿表觀黏度逐漸增大,而由HS所制得水煤漿表觀黏度則是先減小后增大的趨勢。四種金屬離子對由分散劑HSC、HS所制水煤漿的成漿性的影響均為:Al3+Fe3+Ca2+Mg2+。金屬離子的引入可以顯著增強(qiáng)HSC、HS水煤漿的靜態(tài)穩(wěn)定性,但同時(shí)減弱了水煤漿的流動性;金屬離子的引入能夠有效減弱水煤漿體系中的煤粒粒徑變化,抑制煤粒沉降。隨著金屬離子濃度的增大,水煤漿的屈服假塑性特征逐漸減弱,當(dāng)金屬離子濃度超過臨界值時(shí),漿體轉(zhuǎn)變?yōu)榍浰苄粤黧w,此后金屬離子濃度越大,漿體的屈服脹塑性特征越顯著。三價(jià)金屬離子Al3+對水煤漿的屈服應(yīng)力、流動系數(shù)的影響遠(yuǎn)比二價(jià)金屬離子Ca2+更為顯著。分散劑對添加金屬離子后的水煤漿流變性的影響主要體現(xiàn)在改善其流動系數(shù)的變化。對于由陰離子型分散劑HS制備的彬長煤水煤漿,能夠引起其流變性轉(zhuǎn)變?yōu)榍浰苄粤黧w的二價(jià)金屬離子Ca2+臨界濃度約為1000 mg/L;而由兩性離子型分散劑HSC制備的水煤漿的臨界濃度可達(dá)10000 mg/L以上,HSC分散劑表現(xiàn)出比HS更優(yōu)異的抵抗二價(jià)金屬離子干擾特性。
【圖文】：

CWS流變曲線

圖 1-5 Stevenson 結(jié)構(gòu)模型Fig. 1-5 Stevenson structure model腐殖酸分子中大量的官能團(tuán)使其具備了以下幾種性質(zhì)[42-44]：（1）吸附性：由于腐殖酸分子中含有的多種活性官能團(tuán)，，反應(yīng)活性很強(qiáng)，能夠與離子發(fā)生絡(luò)合作用及離子交換作用。同時(shí)，腐殖酸因其獨(dú)特的疏松的海綿狀結(jié)構(gòu)及
【學(xué)位授予單位】：陜西科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ536

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2616996