高分子交聯(lián)的添加劑對煤粉成漿性的研究

研究與探討高分子交聯(lián)的添加劑對煤粉成漿性的研究周志軍',桂斌',李 寧’,劉建忠' ,周俊虎,岑可法'(1.浙江大學(xué)能源清潔利用國家重點(diǎn)實(shí)驗室,浙江杭州310027;2.浙江大學(xué)化學(xué)系,浙江杭州310027)摘要:通過(guò)神木煤的紅外光譜譜圖解析,對現有的添加劑進(jìn)行篩選和高分子交聯(lián)改性,發(fā)現經(jīng)過(guò)高分子交聯(lián)后的添加劑對神木煤在水中的分散降粘效果以及煤漿穩定性均比單純的陰離子表面活性劑要好很多,進(jìn)一步通過(guò)所制得的煤漿ζ電位測定,分析了該添加劑的作用機理。關(guān)鍵詞:紅外光譜;高分子; ζ電位;水煤漿;分散劑中圖分類(lèi)號:TQ534.4文獻標識碼:A文章編號:1004 - 3950( 2006)04 -0018 - 04Study of polymer crosslinking modified additives tocoal-water mixture capabilityZHOU Zhi-jun', GUI Bin', LI Ning", et al(1. State Key Laboratory of Clean Energy Utilization, Zhejiang University ，Hangzhou 310027，China;2. Department of Chemistry, Zhejiang Universilty, Hangzhou 310027, China)Abstract: By analyzing the IR spectrogram of Shenmu coal and polymer modification of the additives used in common,We finded the viscosity decrease proper to and stability of the coal-water mixture when added polymer crosslinking mod-ified additives were better than anion surfactants. Then by determining the ζpotential of the coal-water mixture，we an-alyzeed the efct mechanism of the additive.Key words:IR; macromolecule ; ζpotential ; coal-water mixture ; dispersant通過(guò)高分子鏈中0等雜原子增加表面活性劑的0引言親水性4。筆者選擇一種陰離子表面活性劑和水煤漿作為一種煤基液體燃料,是由大約-種有長(cháng)聚氧乙烯鏈的非離子表面活性劑,按一70%的煤粉,1%左右的添加劑,其余為水組成的定比例,在合適的溶劑中攪拌-定時(shí)間,開(kāi)發(fā)了一粗分散體系"。水煤漿的主要特性參數包括穩.種新型的高分子交聯(lián)添加劑。定性、濃度以及流變特性。其中水煤漿添加劑對本次試驗選用神木煤作為制漿用煤粉,加入水煤漿的性能起著(zhù)關(guān)鍵的作用2]。目前市場(chǎng)上自己配制的新型高分子交聯(lián)添加劑,通過(guò)測定煤使用的大多數都是單一成分的添加劑,例如木質(zhì)漿的濃度、粘度和穩定性來(lái)評價(jià)煤漿的性能。對素磺酸鹽和萘系類(lèi)表面活性劑,現有的添加劑的試驗的結果進(jìn)行分析,對水煤漿添加劑的作用機改性大多是在分子水平.上引入新的基團，這種表理進(jìn)行研究。面活性劑的改性相當于合成一種新的物質(zhì),因而1實(shí)驗部分反應產(chǎn)物的純度無(wú)法控制，特別是在工業(yè)中應用會(huì )增加成本，降低經(jīng)濟性,且在添加劑的改性操作煤粉的制備中易引起污染,不利于能源的清潔利用”。為將神木煤在實(shí)驗室干燥24 h, 放入磨煤機中此,根據水煤漿中膠粒表面特性,將高分子化合物磨成低于80目的細煤粉,再將制得的煤粉通過(guò)引入到表面活性劑中,通過(guò)高分子鏈中C、H元素200月篩_即得到低干200目的超細煤粉。中國煤化工所組成的疏水基團增加水煤漿中膠粒的分散性,THCNMHG收稿日期:2006 -01-18基金項目:國家973項目資助( 2004CB217701 -02)作者簡(jiǎn)介:周志軍(1970- ),男,安徽蚌埠人,副教授。- 18-研究與探討翻表1樣品神木煤煤質(zhì)分析工業(yè)分析/%發(fā)熱量元素分析/%M。VdFCaQnn. ag/(kJ. kg~")CaHNaS, ad3.5817. 81.28. 6150. 0026 19664.263. 670. 931.188.571.2 水煤漿性能測定方法1.2.1 水煤漿濃度的測定先稱(chēng)量干燥的稱(chēng)量瓶的質(zhì)量m,,取充分攪拌均勻的水煤漿試樣置于預先干燥并稱(chēng)量過(guò)的稱(chēng)量瓶中,迅速加蓋,稱(chēng)量其質(zhì)量m2,將稱(chēng)量瓶和瓶蓋放入預先鼓風(fēng)并已加熱到105~110 C的干燥箱中,在鼓風(fēng)條件下,干燥1 h。從干燥箱中取出稱(chēng)量瓶,立即蓋上蓋,放入裝有CaCl,干燥劑的干燥器中,冷卻至室溫稱(chēng)量其質(zhì)量m3。圖2添加劑的 IR譜圖得到的水煤漿濃度為:對紅外光譜進(jìn)行分析,神木煤與我們的添加(m3 -m,)/(m2 -m,) x 100%劑有相似的IR譜圖，可看到在3700~3030cm-11.2.2水煤漿流變性能及表觀(guān)粘度的測定處有締合羥基的伸縮振動(dòng)特征峰,在2909cm-1選用NXS-11A型旋轉粘度計測量水煤漿的處出現一小峰,這是甲基和亞甲基的C- H的振粘度。選用C系統,剪切速率動(dòng),相對于1611cm-'處的烯烴雙鍵的吸收,以及40.33 - 163.1 u/s,1603.1508cm-'處的芳香環(huán)的骨架振動(dòng)吸收峰30s讀數,則有來(lái)說(shuō)要小得多,說(shuō)明該神木煤主要由鏈烷烴、環(huán)烷水煤漿粘度=儀器讀數x儀器常數烴、芳香烴等烴類(lèi)組成。因而根據相似相容的原1.2.3水煤漿穩定性的測定用觀(guān)察法確定水煤漿的穩定性,測定煤漿無(wú)理,選擇以苯環(huán)為主的疏水基團的表面活性劑作為分散劑。在2 830 cm-有醛基的弱的VCH特硬沉淀的時(shí)間。征峰,1115和1033cm-1處的雜原子的環(huán)硫醚、噻1.3 IR 光譜采用IR- -470 儀,KBr壓片測定,測量范圍吩類(lèi)化合物的振動(dòng)吸收,這些雜原子均是顯負電性,可以與某些物質(zhì)形成氫鍵,所以我們利用高分4 000 ~400 cm子化合物聚氧乙烯鏈與陰離子表面活性劑交聯(lián),1.4 ζ電位的測定在50mL水中加入添加劑,配制不同濃度的希望能在高分子長(cháng)鏈中以氫鍵的方式吸附多個(gè)煤溶液,再加入0.1 g制漿用煤粉,攪拌均勻,靜置5漿中的膠粒,從而更好地起到分散作用,并起到穩定劑的作用。min ,用自動(dòng)電位測定儀測定ζ電位。2.2制漿濃度和添加量對煤漿表觀(guān)粘度的影響2實(shí)驗結果與討論用自制的添加劑,保持添加量為0.6%制漿,作出表觀(guān)粘度隨煤漿濃度變化的曲線(xiàn),見(jiàn)圖3。2.1 煤粉的IR譜圖分析保持制漿濃度60%不變,改變添加劑的用量,測定煤漿濃度,作出表觀(guān)粘度與添加量的變化曲線(xiàn),見(jiàn)圖4。由圖3中可以看出,煤漿的表觀(guān)粘度隨著(zhù)濃度中國煤化工1 200 mPa. s以下時(shí)CNMHG由圖4可以看到,在添加量0.45%以下時(shí),煤漿的粘度仍然較高,而當添加量增加到0.6%時(shí),粘度突然下降。當添圖1神木煤的 IR譜圖能源工程2006年,第4 期-19-研究與深討1400十新型復配添加劑-添加量0.15%160 -o-添加量0.30%1 200 t女木質(zhì)素磺酸鈉140古添加量0.45%添加量0.60%1 000的120添加量0.75%添加量0.90%800100 女家加量0.05600840040200545658606264020406080100120140160180煤漿濃度%圖3煤漿濃度對煤漿粘度的影響剪切速率/s"'圖5不同添加量的煤漿流變曲線(xiàn)漿的分散性能影響很大,為了避免水中的離子對電1100r1000t位的影響,我們用蒸餾水作為分散介質(zhì)配制溶液,900不同分散劑濃度對ζ電位的影響結果如圖6。70025 t30 t500-35 t面P -400.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2添加量1%45 t圖4添加量對煤漿粘度的影響50 t加量超過(guò)0.8%時(shí)，粘度又基本不變。加入帶有020040060080010001200適量的親水基團的高分子化合物,就會(huì )提高溶膠添加量/mg對電解質(zhì)的穩定性,高分子化合物附著(zhù)在膠粒表圖6不同分散劑濃度對ζ電位的影響面,可以使疏水的膠粒變成親水,提高膠粒溶解分散劑中的陰離子表面活性劑在煤粒表面產(chǎn)度,在膠粒表面形成-個(gè)高分子保護膜,增強溶膠生吸附,非極性的碳氫鏈對著(zhù)煤粒表面,而極性基抗電解質(zhì)的能力。所以高分子化合物經(jīng)常被用來(lái)團在水相中,其無(wú)機離子發(fā)生電離,形成了擴散雙作膠體的保護劑。非離子表面活性劑與陰離子表面活性劑會(huì )形電層。由于煤粒表面帶有相同符號的電荷,增強.成混合膠團,非離子表面活性劑分子“插入”膠團,了其電斥力,使煤漿具有更好的分散性5]。使陰離子表面活性劑的“離子頭”之間的電斥力減2.5水煤漿穩定性的測定弱,再加上兩種表面活性劑分子碳氫鏈間的疏水作我們對不同濃度及不同添加量的煤漿作了穩定性評價(jià),并和亞甲基雙萘磺酸鈉作為添加劑的用,則更容易形成膠團，使煤漿的eme下降。煤漿作了比較,結果見(jiàn)表2。2.3煤漿流變性能的研究對不同添加量制作煤漿的流變曲線(xiàn),見(jiàn)圖5。表2水煤 漿穩定性比較從圖上可以發(fā)現,當添加量較少,煤漿表觀(guān)粘度較煤漿添加劑用量/%萘磺酸鈉高時(shí),煤漿屬于塑性流體。而當添加量0.6%以中國煤化工0.6 0.750. 6%上,分散性能較好時(shí),煤漿變?yōu)榧偎苄粤黧w,符合5d7d1hTHCNMHG煤漿高速運動(dòng)時(shí)的要求。3d2.4 ζ電位的測定505h5h7h，8h10h12 d根據DLVO理論,煤粒表面電位的大小對煤.527d8d9d12d15d1d-20-研究與探討翻從表2中可以看出,高分子交聯(lián)添加劑的穩參考文獻:定性明顯要好于單純的陰離子表面活性劑。因為高分子交聯(lián)添加劑中的含有聚氧乙烯鏈的非離子[1]王敦曾.水煤漿技術(shù)研究與應用[C] //2001年水煤表面活性劑能與其他分子形成氫鍵的基團。高分漿技術(shù)研討會(huì )論文集.福州:煤炭工業(yè)技術(shù)委員會(huì )、子交聯(lián)添加劑中的兩組分在界面上吸附形成混合國家水煤漿工程技術(shù)研究中心,2001.[ 2]張驊,胡耿源.表面活性劑化學(xué)[ M].杭州:浙江膜,具有較高的強度,形成的三維空間能壘也較單大學(xué)出版社,1996.純的陰離子表面活性劑穩定。[3]邱學(xué)青,周明松,王衛星.改性木質(zhì)素磺酸鹽水煤漿3結論添加劑性能研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2004,32(1):44- 50.確定了一種新型高效的水煤漿添加劑配方。[4]張延霖,邱學(xué)青,王衛星.水煤漿添加劑的發(fā)展動(dòng)向對降低煤漿粘度,提高煤漿性能有明顯的效果,在[J].現代化工,2004 ,24(3):16-17.不添加穩定劑的前提下,煤漿的穩定性也很好。[5]孫成功,李保慶,尉遲唯,等.分散劑表面吸附特性可以利用紅外光譜以及相似相容原理對添加和相關(guān)電化學(xué)性質(zhì)對煤漿分散體系流變特性的影劑配方進(jìn)行預測。響[J].燃料化學(xué)學(xué)報, 1995 ,24(4) :323 -328.白、資料中國可再生能源的家底水能水能資源是我國最重要的可再生資源。優(yōu)先發(fā)展水力,是我國能源發(fā)展的指導方針之一。手國水力資源理論蘊藏量為6.94億kW,年發(fā)電量為6.08萬(wàn)億kWh。技術(shù)可開(kāi)發(fā)裝機容量5.42億kW,年發(fā)電量達2.47萬(wàn)億kWh,經(jīng)濟可開(kāi)發(fā)裝機容量為4.02億kW,年發(fā)電量為1.75萬(wàn)億kWh。無(wú)論是水能資源蘊藏量還是可能開(kāi)發(fā)的水能資源，均居世界第一。按規劃到2020年,我國水電裝機容量將達到3億kW,占發(fā)電裝機容量的30% , 開(kāi)發(fā)程度為55% , 接近發(fā)達國家的開(kāi)發(fā)利用程度。屆時(shí)每年水電的發(fā)電量可以替代5億t燃煤的火電,可減排15億t二氧化碳氣體。太陽(yáng)能我國陸地表面每年接受太陽(yáng)能輻射,相當于49000億t標準煤,全國2/3的國土面積日照在2200h以上,據計算,我國太陽(yáng)能有109萬(wàn)MW,即使只開(kāi)發(fā)1%的太陽(yáng)能,其裝機容量就能超過(guò)3600MW。如果將這些太陽(yáng)能用于發(fā)電,則等于上萬(wàn)個(gè)三峽電廠(chǎng)發(fā)電量的總和。中國科學(xué)院院士、理論物理學(xué)家何祚庥曾指出,在我國能源高度緊張的情況下,應把希望寄托于太陽(yáng)能。他認為,我國的沙漠將成為重要的能源基地,我國有85.4萬(wàn)km2 的沙漠,如果將10萬(wàn)km2沙漠上的陽(yáng)光轉變?yōu)樘?yáng)能,能夠發(fā)電25億kW,這是一個(gè)巨大的天然能量。生物質(zhì)能我國生物質(zhì)能資源可轉換為能源的潛力約為5億t標準煤。在農村,沼氣利用已成為發(fā)展綠色生態(tài)農業(yè)和鞏固生態(tài)建設成果的一個(gè)重要途徑。目前全國戶(hù)用沼氣池達1 300多萬(wàn)座，年產(chǎn)沼氣約60億m' ,建成大型畜禽養殖場(chǎng)和沼氣工程、工業(yè)有機廢水沼氣工程1 400座。去年國家又安排110億元國債資金,用于農村進(jìn)-步推廣沼氣池建設。據介紹,以沼氣、秸稈為代表的生物質(zhì)能源利用總量已超過(guò)2.5億t標準煤,約占農村地區居民生活用能的50%。我國加工替代石油產(chǎn)品的農作物、薯類(lèi)植物來(lái)源非常豐富。國內最先起步的，生物質(zhì)轉化替代石油即乙醇汽油,排放小，成本低,無(wú)需改造機器,對車(chē)輛發(fā)動(dòng)機還有保護作用,已成功“引燃”汽車(chē)燃料市場(chǎng)。全國以陳化糧原料生產(chǎn)的燃料乙醇生產(chǎn)能力約100中國煤化工燃料乙醇規模達年產(chǎn)5000t,利用植物油脂、動(dòng)物油脂等提煉的車(chē)用生物柴油.MYHCNMHG能源工程2006年,第4期-21-