微波輻射合成水煤漿添加劑的研究

化學(xué)工程師Sum 123 No 12Chemical Engineer2005年12月文章編號:1002-1124(2005)12-0011微波輻射合成水煤漿添加劑的研究耿慧琴,張秀玲(河北理工大學(xué)化工與生物技術(shù)學(xué)院,河北唐山06300)摘要:研究在微波輻射條件下,利用木質(zhì)素磺酸鈉和丙烯酸在硝酸鈰銨引發(fā)下進(jìn)行非均相接枝共聚反應,合成接枝共聚物作為水煤漿添加劑。經(jīng)過(guò)正交實(shí)驗得出最佳合成工藝條件:單體體積與木質(zhì)素磺酸鈉用量比為5:1,引發(fā)劑硝酸鋪銨的用量為0.12m,中和度為75%。在微波爐內反應3min,用所得的接枝共聚物配制的水煤漿濃度可達65%以上。關(guān)鍵詞:水煤漿添加劑;微波輻射;木質(zhì)素磺酸鈉;丙烯酸中圖分類(lèi)號:TQO47.1文獻標識碼:ASynthesis of the additive for coal water slurry with microwave irradiationGENG Hui-qin, ZHANG Xiu-lingCollege of Chemical Engineering and Biological Technology, Hebei Polytechnic University, Tangshan 063009, China)Abstract: A additive for Cws was synthesized from sodium lignosulphonate and acrylic acid by graftcopolymerization reaction under microwave irradiation in heterogeneous phases and using ammonium ceric nitrate asinitiators. The optimal synthesis conditions were as following: by 0. 12 mL ammonium ceric nitrate as initiators, thenreacting for 3 min under microwave with 75% of monomer neutralization degree and 5: I of proportion of monomerolume to sodium lignosulphonate weight. The concentration of CWS had reached 65% using synthesized productionKey words: additive for CWS; microwave irradiation; sodium lignosulphonate; acrylic acid水煤漿添加劑( additive for coal water slurry)是制備高濃度水煤漿的重要因素,也是直接關(guān)系到制漿1實(shí)驗部分產(chǎn)品質(zhì)量好壞的關(guān)鍵之一。通常在煤粉和水的混合物中具有實(shí)用要求的高質(zhì)量水煤漿應具備高濃度11原料、試劑及儀器低粘度、良好的流動(dòng)性及穩定性,為此,在煤水混合木質(zhì)素磺酸鈉(C.R.天津市光復精細化工研究物中加入適量的化學(xué)添加劑是非常重要的。所);丙烯酸(A.R.天津市瑞金特化學(xué)品有限公司);目前,水煤漿添加劑主要以萘系列、腐殖酸系硝酸鈰銨(A.R.天津市博迪化工有限公司)。列、木質(zhì)素系列、丙烯酸系列以及相關(guān)復合型添加劑WP00型微波爐(天津樂(lè )金電子電器有限公對于禁系列添加劑的研究應用已達到較高水平其公團-60型真空干燥箱(上海博迅實(shí)業(yè)有限為主,其中應用比較廣泛的為萘系列水煤漿添加司);DZ成本相對國外同類(lèi)產(chǎn)品較低。雖然我國已對水煤漿12合成方法添加劑進(jìn)行了較多的研究,但仍存在所適用煤種范稱(chēng)取一定量的木質(zhì)素磺酸鈉置于50mL燒杯圍窄、成本較高等問(wèn)題。中,滴加少量蒸餾水潤濕,依次加入硝酸鈰銨引發(fā)劑本文以木質(zhì)素磺酸鈉為原料與單體丙烯酸在微和單體丙烯酸,充分攪拌后,放入微波爐中,控制微波加熱條件下進(jìn)行接枝共聚反應制備水煤漿添加波功率和微波加熱時(shí)間。產(chǎn)品放入真空干燥箱中烘劑,探索開(kāi)發(fā)出利用微波技術(shù)快速合成高效水煤漿千,粉碎即得成品接枝共聚物。添加劑的工藝路線(xiàn),并通過(guò)正交實(shí)驗對各反應條件1、3性能測試進(jìn)行優(yōu)化,確定了工藝參數,取得了良好的效果。準確稱(chēng)取一定量的添加劑于燒杯中,加入定量的水,然后倒入預先稱(chēng)好的煤樣,在磁力攪拌器上攪收稿日期:2005-10-20拌一定時(shí)間(20min)制漿,制取的水煤漿用NDJ-1作者簡(jiǎn)介:張秀玲(1953-),女,教授,主要從事精細化學(xué)品的開(kāi)發(fā)型旋轉式粘度計測粘度,然后把定量的水煤漿倒入耿慧琴等:微波輻射合威水煤漿添加劑的研究2005年第12期一底部封住的漏斗,打開(kāi)漏斗下口,記取水煤漿的流的延長(cháng),體系的溫度升高。適宜的溫度有利于接枝完時(shí)間,測定煤漿流動(dòng)性;最后把煤漿裝入試管測點(diǎn)的形成,有助于接枝,但太高的溫度使體系的粘度3d后水煤漿的析水率,并用直徑為7mm、重18g的增加。此時(shí)均聚反應幾率增大,因而單體轉化率和玻璃棒做落棒實(shí)驗測取水煤漿的穩定性。接枝率增加緩慢,且易造成焦化現象。所以在試驗1.4分離均聚物及轉化率和接枝率的測定中采用了每輻射lmin,停1min的間歇式輻射。轉化率指接枝在木質(zhì)素磺酸鈉上的丙烯酸占丙21.3引發(fā)劑濃度的影響木質(zhì)素磺酸鈉與丙烯烯酸投入重量的百分比,接枝百分率指接枝在木質(zhì)酸接枝共聚反應為自由基聚合反應,增加引發(fā)劑的素磺酸鈉上的丙烯酸占木質(zhì)素磺酸鈉投入重量的百濃度,可使自由基濃度增加,從而導致單體轉化率分比。接枝效率增大。但當引發(fā)劑濃度過(guò)大時(shí),會(huì )加大均將制備的接枝共聚物轉移入一定量的丙酮溶液聚物產(chǎn)生的速度,使得單體轉化率提高但接枝率降中沉淀析出,用抽濾瓶抽濾,同時(shí)對沉淀物洗滌數低見(jiàn)圖1。次,后將其置于50℃的真空干燥箱中烘干至恒重然后按照vama方法將干燥好的上述沉淀物放入索氏抽提器中,用60:40(體積比)的冰醋酸-乙二醇混合溶劑回流提至恒重,殘余物再用一定量的甲醇沉淀數次,將殘余物在50℃的真空干燥箱中烘干,最后用一定量的0.5m0lL1的NaOH溶液溶解該殘510152025303540余物,并在50℃下用電磁攪拌一定時(shí)間,用布氏漏引發(fā)劑濃度/modx103斗過(guò)濾,并將過(guò)濾物烘干至恒重即得純的接枝共聚木質(zhì)素磺酸鈉3g丙烯酸1g微波功率Il0W反應時(shí)間3min間歇式微波輻射物。在分析天平上準確稱(chēng)量該接枝共聚物的重量圖1引發(fā)荊濃度對接枝反應的影響(M)。由圖1可知,隨著(zhù)引發(fā)劑濃度的增加,接枝率接枝共聚物的接枝率和轉化率按下式計算接枝效率均呈增加趨勢,當引發(fā)劑濃度大于1.8×E%。(M-M1)x100%(1)102ml后,增加趨緩。隨著(zhù)引發(fā)劑濃度的增大,形成的活性點(diǎn)增多,有利于鏈引發(fā)和鏈增長(cháng)反應,但自(M-M1)(2)由基濃度過(guò)大,對鏈終止反應有利,均聚幾率也隨之M式中E%:木質(zhì)素磺酸鈉的接枝百分率;G%:丙增大,因此,在單體含量一定的條件下,單體轉化率烯酸單體的轉化率;M:接枝共聚物的絕干重量;和接枝率增大到一定程度后不再增加反而稍有降M1:投入木質(zhì)素磺酸鈉的絕干重量;M2投丙烯低,這與一般熱化學(xué)接枝規律一致。酸單體的重量。2.2最優(yōu)合成工藝條件的確定由以上實(shí)驗確定了微波合成接枝共聚物的合成2結果與討論工藝路線(xiàn)。為進(jìn)一步考查各工藝條件對合成的影響,尋求最佳的微波合成工藝條件,設計了以單體與2.1影響接枝反應的因素紙漿量之比A、引發(fā)劑濃度B、中和度C的三因素32.1.1蒸餾水量對產(chǎn)品性能的影響以木質(zhì)素磺個(gè)水平的正交實(shí)驗以水煤漿定濃粘度值為判斷優(yōu)酸鈉為原料微波合成高效水煤漿添加劑的反應選擇劣依據,其結果見(jiàn)表1、2。在半干狀態(tài)下進(jìn)行。所加蒸餾水的量以?xún)H夠濕潤原表1正交實(shí)驗因素水平表料為佳。因為該反應屬自由基接枝共聚反應,氧氣A中和度/%B引發(fā)劑量/mLC單體與木鈉之比對此類(lèi)型反應有明顯的阻聚作用,所加蒸餾水量少10:l可保證反應體系中含氧氣量少,使氧氣的阻聚作用20.12減小,有利于反應的進(jìn)行。0.242.1.2微波加熱時(shí)間的影響微波是非電離波,在交變電場(chǎng)中既有熱效應,又有非熱效應。但在110W的大功率下,其主要表現為熱效應即溫升效應。當其它條件一定時(shí),隨著(zhù)輻射功率的增大或輻射時(shí)間2005年第12期伙慧琴等:微波輻射合成水煤漿添加劑的研究表2正交實(shí)驗數據與結果分析應3min,采用間歇式微波輻射,此時(shí)水煤漿性能最因素水平定濃粘度值優(yōu)ABC/mPa·s13873結論232313(1)采用微波輻射合成工藝可明顯縮短反應時(shí)間,提高生產(chǎn)工作效率。(2)通過(guò)工藝參數優(yōu)化實(shí)驗,獲得微波輻射水678923333123煤漿添加劑制備工藝的最佳條件為:單體中和度為75%,單體與木鈉比為5:1,引發(fā)劑用量為0.12mL微波輻射功率110W,微波輻射時(shí)間3min,采用間歇KK飛138l.71336.313563式微波輻射,在此條件下得出的接枝共聚物的接枝1328率和單體轉化率都較優(yōu),用此添加劑配制的水煤漿13541377314453性能最佳。R53.7183.3考文獻注:微波功率I0W,微波輻射時(shí)間3min,采用間歇式波輻射[]何德林,王錫臣.微波技術(shù)在聚合反應中的應用研究進(jìn)展[J]高分子材料與工程,2001,(1):20-24.由表1、2可知,影響水煤漿定濃粘度值的因素(2]潘祖仁.高分子化學(xué)[M.北京:化學(xué)出版杜社,19152-5由主到次依次為C、A、B,并得出最佳組合A2B2C2,[3]沈鐘,王果庭.膠體與表面化學(xué)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,即單體體積與木質(zhì)素磺酸鈉重量之比為5:1,引發(fā)99.112-118劑硝酸鈰銨用量為0.12mL,中和度為75%,微波反(上接第2頁(yè)藝簡(jiǎn)單,副反應少,產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)。表4原料配比對反應的影響(2)本實(shí)驗確定的最佳工藝條件:n(N-甲基苯n(N-甲基苯胺):n(丙烯腈)1.01.11121.31:.4胺):n(丙烯腈):n(ACl3)=1:1.2:0.08,反應溫度N-甲基苯胺轉化率/%65.489.2%8.09.898.9為85℃,反應時(shí)間為18h目標產(chǎn)物含量/%7.3917929,49.3參考文獻目標產(chǎn)物產(chǎn)率/%65.98.496.69.19[1]姚蒙正,陳侶柏,王家儒精細化工產(chǎn)品合成原理[M]北京:中從表4數據可知,目標產(chǎn)物的產(chǎn)率隨著(zhù)丙烯腈國石化出版社,1992.用量的增加而增大,當N-甲基苯胺與丙烯腈的投2】2張鑄勇祁國珍,莊莆精細有機合成單元反應M].上海:華東料摩爾比與理論量(1:1)一致時(shí),N-甲基苯胺的轉理工大學(xué)出版社,1990化率只有65.4%,反應很不完全。因為丙烯腈易揮[3] Breanan, Michad E, Yeakoy, et al. Cyanoethylation of aramaic amines發(fā)、易聚合,反應過(guò)程中將造成部分損失,從而導致[4]By, Manfred,kdh,a, Process for the preparation of mon反應不完全。為了保證N-甲基苯胺能完全反應iv-beat-cyanoethylanilines[ P].U.S: 5 391804,1995-02-21丙烯腈必須過(guò)量。當原料配比增大到1:1.2時(shí),N-[5]徐克勛精細有機化工原料及中間體手冊[M],北京:化學(xué)工業(yè)甲基苯胺的轉化率增大到98%,目標產(chǎn)物的產(chǎn)率達版社,20096.6%。當再繼續增大丙烯腈的量時(shí),轉化率和產(chǎn)[6]趙瑩.一種NN-二氰乙基芳胺的制備方法[P]CN:0118550200121率都增加不多。從經(jīng)濟角度考慮原料配比控制在(7)趙瑩無(wú)水三氯化鋁催化合成NN-二氰乙基間甲苯胺的研究1:1.2比較適宜門(mén)化學(xué)工程師,201,(1):13-15[8]趙瑩,楊志,湯林.AQ3催化的有機化學(xué)反應[J]有機化學(xué)3結論2003,23(11):1219-1229[9]趙瑩譚曉燕楊志.AIC2在催化有機化學(xué)反應中的應用方式(1)無(wú)水ACl3是N-甲基苯胺與丙烯腈反應合及其原理[J].化學(xué)試劑,2004,26(2):81-86成N-甲基-N-氰乙基苯胺的良好催化劑,具有工[0]龔建良李蛟姆,趙瑩等N-氰乙基苯胺的合成研究冂染料與染色,3004,41(6):371-372