腐殖酸/三元磺化丙烯酰胺树脂复合型水煤浆分散剂的制备及应用研究

随着近代科学技术的发展和新工艺、新方法的应用，煤炭的用途和综合利用价值越来越大，煤炭在我国国民经济中所占的地位越发显得重要。拓宽煤炭产业链，倡导节能减排，发展低碳经济，推动煤炭工业转型成为实现能源可持续发展的战略目标。水煤浆正是在这种理念下应运而生的新一代清洁环保代油燃料。开发和研制高浓度、流动性和稳定性好的水煤浆分散剂对于水煤浆的推广和应用具有重要意义。为了克服传统分散剂分散效果差、成本过高等缺点，本文采用天然大分子与合成高分子复配的方法，结合两者优点，利用其超加和性能，合成了新型腐殖酸/三元磺化丙烯酰胺树脂复合型水煤浆分散剂，并对其分散性能进行了详细研究。首先，进行了风化煤中腐殖酸的提取，最佳工艺条件为：风化煤在8%硝酸，60℃下预处理30min，再用5%的NaOH：Na4P2O7=1：1的混合碱溶液在50℃下碱溶4h，最后利用6mol/L的HCl溶液调pH至2，离心得产品。在此工艺下，风化煤中腐殖酸的提取率可达44.1%。其次，以衣康酸（IA）、丙烯酸（AA）、2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸（AMPS）为单体，过硫酸钾和亚硫酸氢钠为引发剂，制备了三元磺化丙烯酰胺共聚物分散剂IA/AA/AMPS。实验结果表明，分散剂的加入显著降低了水煤浆的黏度，并且具有较好的流动性，水煤浆的表观黏度达到国标要求，在剪切速率100s-1下，表观黏度均低于1000mPa·s，最低为554mPa·s；结果表明，该分散剂对水煤浆有较好的分散效果。最后，利用提取的腐殖酸和自制的三元磺化丙烯酰胺树脂复配制备了腐殖酸/三元磺化丙烯酰胺树脂复合型水煤浆分散剂，并考察了复配比例，pH值，研磨时间，分散剂用量对分散性能的影响。当腐殖酸与自制的三元磺化丙烯酰胺树脂复配比例为2:1，复合分散剂加入量为0.8%（相对于绝干料），体系pH值保持在8.5，研磨30分钟后，浓度为70%的水煤浆浆料下，水煤浆的稳定性和流动性等分散性能最佳。在最佳复配工艺及使用条件下，表观粘度为535mPa.s，稳定时间大于30天，Zeta电位达28.6mV，流变性良好。应用实验表明，本论文研制的复合分散剂可以制得与市售分散剂性能相近的水煤浆，完全能够满足工业应用的要求，且成本远远低于市售分散剂。总之，本论文对新型腐殖酸/三元磺化丙烯酰胺树脂复合型水煤浆分散剂的制备、表征及应用进行一系列基础性研究，确定了分子结构与分散性能之间的关系，并揭示了其应用效果和作用机理，具有重要的理论及实践指导意义。