【摘要】：本文以水煤漿氣化技術(shù)為背景,為制得高濃度低粘度的水煤漿,研究了顆粒表面性質(zhì)及添加劑對顆粒懸浮液粘度的影響。針對日益嚴(yán)重的水污染問題,研究了工業(yè)廢水中的常見成分對制漿的影響。論文的主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:系統(tǒng)研究了第二液體對顆粒懸浮液粘度的影響。發(fā)現(xiàn)隨第二液體含量的增加,懸浮液的粘度和屈服應(yīng)力表現(xiàn)出先減小后增加再減小的趨勢。利用熒光染料標(biāo)記第二液體,在激光共聚焦顯微鏡下觀察懸浮液的微觀結(jié)構(gòu)。發(fā)現(xiàn)隨第二液體濃度的增加,懸浮液出現(xiàn)三種狀態(tài),即分散態(tài)、團簇態(tài)和胞囊狀態(tài)。三種狀態(tài)對應(yīng)了粘度的非單調(diào)趨勢。低階煤的孔隙發(fā)達,制備漿體時水會進入煤顆粒的孔隙中形成內(nèi)水,從而引起顆粒間的自由水減少,煤漿粘度增高,難以制備高濃度水煤漿。實驗發(fā)現(xiàn)干燥的煤顆粒從空氣中吸潮,可使?jié){體粘度大幅下降。通過漿體的可壓縮性實驗發(fā)現(xiàn)吸潮的水分將少量氣體密封到顆粒的孔隙中,使制漿過程中顆粒吸入的水分減少�；趯嶒灪捅碚�,提出了封孔效應(yīng)的理論,即低階煤顆粒具有大量極性官能團,預(yù)吸潮的水分通過氫鍵作用于孔口內(nèi)壁,如同"瓶塞"將顆粒的孔口密封,有效阻止了來自溶劑的水分向煤顆�？紫秲�(nèi)擴散。從空氣中預(yù)吸潮的水分還可提高第二液體的作用,使得漿體粘度進一步減小,為低階煤制漿提供了新的思路。研究了工業(yè)廢水中的常見成分——小分子含氧有機物,對水煤漿粘度的影響。發(fā)現(xiàn)添加小分子有機物會導(dǎo)致對水煤漿的粘度的增加。借助激光共聚焦顯微鏡、紅外光譜和接觸角測量等表征手段。發(fā)現(xiàn)在漿體中,煤顆粒的疏水性表面吸附了小分子含氧有機物,親水性增強,從而導(dǎo)致水化膜增厚,自由水減少。因此,含小分子有機物的有機廢水不利于水煤漿制備。表面活性劑廣泛存在于生活和工業(yè)污水中,為研究其對水煤漿的影響,實驗以空心玻璃微珠懸浮液為模型,研究微量表面活性劑對懸浮液的影響。發(fā)現(xiàn)陰離子表面活性劑可使空心玻璃微珠懸浮液從粘性流體變?yōu)楦酄?流動性急劇惡化。通過對懸浮液微觀結(jié)構(gòu)表征發(fā)現(xiàn),微量的陰離子表面活性劑降低界面張力,產(chǎn)生微小氣泡。顆粒聚集在氣泡周圍,在氣泡間膜內(nèi)形成空間阻礙,并減緩排液,有利于氣泡的穩(wěn)定。微小氣泡作為第三相,在懸浮液中發(fā)揮了不優(yōu)先潤濕顆粒的第二液體的作用,并使懸浮液處于團簇狀態(tài),粘度和屈服應(yīng)力顯著增加。此膏狀懸浮液屬可逆的亞穩(wěn)定體系,長時間靜置后膏狀結(jié)構(gòu)因排液而被破壞。
[Abstract]:Based on coal water slurry gasification technology, the effects of particle surface properties and additives on the viscosity of coal water slurry with high concentration and low viscosity were studied in this paper. The influence of common components in industrial wastewater on pulping was studied in view of the increasingly serious water pollution problem. The main contents and conclusions of this paper are as follows: the effect of the second liquid on the viscosity of the suspension is studied systematically. It is found that the viscosity and yield stress of the suspension decrease first and then decrease with the increase of the second liquid content. The second liquid was labeled with fluorescent dye and the microstructure of the suspension was observed under confocal laser microscope. It is found that with the increase of the second liquid concentration, there are three states in the suspension, that is, the dispersed state, the cluster state and the cytosolic state. The three states correspond to the non-monotone trend of viscosity. Due to the developed pores of low-rank coal, water will enter the pores of coal particles to form internal water, which leads to the decrease of free water between particles and the increase of viscosity of coal slurry, which makes it difficult to prepare high concentration coal water slurry. It is found that dry coal particles absorb moisture from air and decrease the viscosity of slurry. Through the compressibility experiment of the slurry, it is found that the moisture absorbed by moisture absorbs a small amount of gas to the pores of the particles, which reduces the moisture absorbed by the particles during the pulping process. Based on the experiments and characterization, the theory of sealing effect is put forward, that is, the low-rank coal particles have a large number of polar functional groups, and the pre-moisture absorbed water acts on the inner wall of the orifice through hydrogen bonding, which is similar to the "bottle plug" which seals the pore opening of the particle. It effectively prevents the diffusion of water from the solvent into the pores of coal particles. The moisture preabsorbed from the air can also increase the effect of the second liquid and further reduce the viscosity of the slurry, which provides a new way of thinking for the low rank coal pulping. The influence of small molecule oxygen-containing organic compounds on the viscosity of coal water slurry was studied. It is found that the addition of small molecular organic compounds can increase the viscosity of coal water slurry. By means of laser confocal microscope, infrared spectrum and contact angle measurement, etc. It is found that the hydrophobic surface of coal particles adsorbs small molecular oxygen-containing organic compounds in the slurry, and the hydrophilicity increases, which results in the thickening of the hydration film and the decrease of free water. Therefore, organic wastewater containing small molecular organic compounds is unfavorable to the preparation of coal water slurry. Surfactant widely exists in domestic and industrial sewage. In order to study the influence of surfactant on coal water slurry, the influence of micro surfactant on suspension was studied by using hollow glass microbeads suspension as a model. It is found that anionic surfactants can change the suspension of hollow glass beads from viscous fluid to paste, and the fluidity deteriorates rapidly. The microstructures of suspensions were characterized by microamounts of anionic surfactants, which reduced the interfacial tension and produced micro bubbles. The accumulation of particles around the bubble, the formation of space in the interbubble membrane, and slow down the flow of liquid, which is conducive to the stability of the bubble. As the third phase, the micro bubble plays the role of the second liquid which does not give priority to wetting particles, and makes the suspension in the cluster state, and the viscosity and yield stress increase significantly. The paste suspension is a reversible substable system, and the paste structure is destroyed after long statics.
【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ536

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本文編號：2403376