長(zhǎng)側(cè)鏈聚羧酸鹽在煤-水界面的吸附與流變性能的研究.pdf

1、聚羧酸鹽是一種人工合成的水溶性高分子，它的結(jié)構(gòu)靈活可控，可設(shè)計(jì)、生產(chǎn)各種結(jié)構(gòu)以適應(yīng)不同煤種制得高濃水煤漿。將聚羧酸鹽用于不同煤種制水煤漿的性能均優(yōu)于目前工業(yè)化的木質(zhì)素類和萘系分散劑。經(jīng)驗(yàn)性和半經(jīng)驗(yàn)性依然是目前研究水煤漿分散劑的分子結(jié)構(gòu)與煤種的匹配的常用途徑，對(duì)于分散體與煤的作用機(jī)理研究還只是一種猜想和假說(shuō)，尤其是吸附的研究較少且方法低端。作為水煤漿分散劑，聚羧酸鹽在煤粒表面的吸附行為與水煤漿流變性能的相關(guān)性也沒(méi)有系統(tǒng)研究和清楚闡明。

2、r>　　本論文采用自由基共聚法合成了一種不同長(zhǎng)側(cè)鏈的梳型聚羧酸鹽分散劑，研究了它在三種變質(zhì)程度不同的煤種上的成漿性，彬長(zhǎng)煤煤/水界面的吸附行為和聚集狀態(tài)，以及其在彬長(zhǎng)煤上的流變特性，分析了吸附—分散—流變之間的關(guān)系，探討聚羧酸鹽對(duì)煤粒的分散作用機(jī)理。
　　本文以丙烯酸（AA）和4種不同側(cè)鏈長(zhǎng)度的聚乙二醇單甲醚（MPEG的分子量=350，500，750，1000）先酯化合成大單體（MPEGAA），再以丙烯酸，對(duì)苯乙烯磺酸鈉（SSS）

3、為單體，在引發(fā)劑過(guò)硫酸鉀，鏈轉(zhuǎn)移劑異丙醇作用下聚合得到4種具有不同長(zhǎng)側(cè)鏈的苯乙烯磺酸鈉-丙烯酸-丙烯酸聚乙二醇單甲醚酯（SSS/AA/MPEGAA）梳型聚羧酸鹽分散劑（PC）。
　　通過(guò)核磁共振氫譜（1H NMR）、紅外光譜（FT-IR）、凝膠滲透色譜（GPC）對(duì)分散劑分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，并通過(guò)滴定法，測(cè)試了各自分散劑的羧基和磺酸基含量，分析了不同側(cè)鏈長(zhǎng)度分散劑的分子結(jié)構(gòu)特征；通過(guò)TG和DSC對(duì)分散劑熱性能進(jìn)行了研究；將不同長(zhǎng)側(cè)鏈

4、的聚羧酸鹽分散劑用于彬長(zhǎng)煤、神華煤和霍林河煤，考察了其最佳摻量、最大成漿濃度和穩(wěn)定性，并與傳統(tǒng)萘系進(jìn)行比較。
　　結(jié)果表明：聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量Mw在2~5×104范圍內(nèi)，其分子量分布指數(shù)Mw/Mn在2.50~2.91之間；分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：PC350和PC500是長(zhǎng)主鏈，短側(cè)鏈，高陰離子基團(tuán)的特征；PC750和PC1000是長(zhǎng)側(cè)鏈，短主鏈，低陰離子基團(tuán)的特征；且具有良好的熱力學(xué)性能，能夠滿足水煤漿分散劑的使用需求。成漿試驗(yàn)表明：在

5、陜西彬長(zhǎng)煤上，PC分散劑比傳統(tǒng)的萘系有更好的分散性和穩(wěn)定性。側(cè)鏈長(zhǎng)度為 PC500的分散劑在四個(gè)不同鏈長(zhǎng)中分散降黏性能最好，其最佳用量為0.4％，黏度低至526.4mPa.s，流動(dòng)性為A級(jí)，水煤漿最高漿濃可達(dá)到68%，水煤漿穩(wěn)定性大大提高。不同煤種成漿性：彬長(zhǎng)煤>神華煤>霍林河煤，最佳摻量分別為0.4%、0.6%和0.6%；最高成漿濃度分別為68%、67%和48.5%。
　　此外,還研究了分散劑在煤粒表面的吸附動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)性能，

6、以及其在不同溫度和摻量下的流變性能，通過(guò)TEM、SEM、Zeta電位、接觸角和XPS，深入分析了梳型聚羧酸鹽的側(cè)鏈長(zhǎng)度對(duì)高濃水煤漿流變性與煤/水界面吸附量的關(guān)系，解釋了梳型聚羧酸鹽分散的作用機(jī)理。
　　結(jié)果表明：PC制備的彬長(zhǎng)煤水煤漿漿體均表現(xiàn)出“剪切變稀”的流變特性，適合于Herschel-Bulkley流變模型。其中具有長(zhǎng)主鏈短側(cè)鏈的PC500的流變性能最好，表觀粘度最低，且隨著溫度的增大，水煤漿漿體流動(dòng)性指數(shù)n也增大，漿體流

7、動(dòng)性增強(qiáng)，表觀粘度下降；增加分散劑的摻量，其水煤漿漿體仍為假塑性流體，屈服應(yīng)力τ0也從46.4Pa降低到19.9Pa，表觀粘度先減小后增大；在一定的摻量范圍內(nèi)，隨著摻量的增大，其流動(dòng)性指數(shù) n增大，接近于1，表明流變模型由Herschel-Bulkley向Bingham模型轉(zhuǎn)變。吸附結(jié)果表明：等溫吸附實(shí)驗(yàn)表明，PC分散劑在煤粒表面是單分子層吸附，符合Langmuir吸附模型，其中飽和吸附量：PC500>PC350>PC750>PC100

8、0， PC500在彬長(zhǎng)煤上的吸附密度最大0.6375mg/m2；吸附動(dòng)力學(xué)表明，準(zhǔn)二級(jí)吸附速率方程能更好的描述分散劑在煤粒表面的吸附動(dòng)力學(xué)過(guò)程；吸附熱力學(xué)發(fā)現(xiàn)，在一定的溫度內(nèi)，升溫有利于飽和吸附量的增大，最后趨于穩(wěn)定，吸附焓變△Had為負(fù)值，分散劑在煤表面吸附為放熱過(guò)程；通過(guò)透射電鏡發(fā)現(xiàn)，分散劑并不是均勻吸附在煤粒表面。XPS、Zeta和接觸角表明，分散劑的吸附厚度：PC500>PC1000>PC750>PC350；PC500吸附層厚度