三聚磷酸钠对水煤浆分散剂性能的影响

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/ 酸钠水溶液 , 流速 0. 5 0m L m i n.
1 0] : 磺化度的测定 [ 将样品配成浓度为 1 0% 的溶
液, 经阴 、 阳离子树脂交换以除去低分子有机酸和无 机盐以及将磺酸基 转 变 为 酸 型 , 通过自动电位滴定 ) 仪( 瑞士 M 测定磺化度 . e t r o h m 公司 8 0 9T i t r a n d o 1. 3. 2 水煤浆制备与性能测定 水煤 浆 制 备 : 将磨好的两种不同粒度级配的煤 样按照质量比为 1∶1 的比例混合 , 用不同分散剂制
1] ; 型分散剂价格 低 廉 , 是 制 浆 的 常 用 添 加 剂[ 此 外,
5] 王 正 武[ 在液体洗涤剂中加入三 较强 的 协 同 作 用 .
聚磷酸钠可以软化水质 , 防止沉淀物的生成 , 显著提
6] 吕 小 艳 等[ 通过在水基铸造 高稳 定 性 及 洗 涤 性 能 .
涂料生产中加入助 剂 的 研 究 , 发现三聚磷酸钠既可 以降低涂料的悬浮 性 率 又 可 以 降 低 其 黏 度 . 三聚磷
3 0
煤 炭 转 化 2 0 1 1年
) 页表 1 放入球磨机中 , 加入一定级配 的 钢 球 分 别 研 磨4 用7 0m i n 和 3h, 0 目和 1 0 0 目的标准筛进行筛 得到按一定粒度分布的粗煤粉和细煤粉 . 分,
表 1 神华煤煤质分析 r o e r t i e s T a b l e 1 A n a l s i s o f S h e n h u a c o a l p p y
7] 、 皮革预鞣剂 、 橡 酸钠还广泛用于凿井泥浆添加剂 [
胶乳浆贮存助剂及 矿 石 浮 选 添 加 剂 等 方 面 . 本研究 选取了三聚磷酸钠 作 为 一 种 金 属 离 子 调 整 剂 , 分析 了脂肪族 、 木质素系 及 萘 系 三 种 不 同 分 子 结 构 的 分 散剂与其复配后对 分 散 降 黏 性 能 的 影 响 , 为三聚磷 酸钠用作水煤浆添加剂的研究及应用提供实验数据 及理论基础 .
神华煤的制浆过程 加 入 了 磷 酸 盐 类 调 整 剂 , 使难制 制浆质量分 浆的神华煤制浆性 能 有 了 一 定 的 改 善 , ] 数提高了 2%. 文献 [ 中也介绍采用 一 种 多 聚 磷 酸 3 盐作为金属离子调 整 剂 , 可以显著提高分散剂对水
4] 煤浆 的 分 散 降 黏 能 力 . 三 聚 磷 酸 钠[ 是一种链状的
煤 炭 转 化 第3 4卷 第4期 V o l . 3 4 N o . 4 2 0 1 1年1 0月 C OA L C ONV E R S I ON O c t . 2 0 1 1
三聚磷酸钠对水煤浆分散剂性能的影响
江红艳1) 杨东杰2) 周明松3)

采用了三聚磷酸钠作 摘 要 针对煤粉中含有的高价金属离子会降低水煤浆的 成 浆 性 问 题 , 为金属离子调节剂与几种阴离子型分散剂复配后 , 进一步提高分散降黏性能 . 通过测定分散剂在煤 、 粒表面的吸附量 、 揭示了三聚磷酸钠对脂肪 族 分 散 剂 ( 木质素系分 Z e t a 电位及吸附层厚度 , S A F) ) 散剂 ( 及萘系分散剂 ( 的分散协同增效作用机理 . 结果表明 , 三聚磷酸 钠 与 S G C L 3 S F D N) A F 复配 使分散剂在煤粒表面的 Z 同时增加了煤粒之间的静电排斥力和空间位阻 , e t a 电位和吸附层厚度均 增大 ; 与G 对F C L 3 S 复配主要增加了煤粒之 间 的 静 电 排 斥 作 用 ; D N 是通过增加分散剂在煤粒之 间的空间位阻效应 , 促进分散降黏性能的提高 . 关键词 水煤浆 , 分散降黏 , 三聚磷酸钠 中图分类号 TQ 5 1 7. 4 力, 且具有很强的分散和乳化能力 , 与表面活性剂有
/% P r o x i m a t e a n a l s i s y /% U l t i m a t e a n a l s i s y C d a f Hd a f O d a f N d a f
, S t d
浆. 分散剂掺量为其占干基煤样量的质量分数 , 搅拌 / 速率为 1 搅拌时间为1 为考察分 2 0 0r m i n, 0m i n. 所有水煤浆均不加稳定剂 . 散剂自身的性能 , 水煤浆 表 观 黏 度 的 测 定 : 采用德国 H a a k e V 1 -R -1 ) , 型流变仪 ( 剪切速率为 1 测 Z 4 1 转子 )测定 ( 0 0s
TM 分布 . 其 中, 色谱柱由 U l t r a h d r a e l 2 0和 U l t r a 1 - y g TM , / 柱串联构成 流动相为 硝 h d r a e l 2 5 0 0 . 1 0m o l L y g
粒表 面 吸 附 层 厚 度 采 用 英 国 K r a t o s公司 生 产 的 / A x i s U l t r a D L D 型多功能 X X P S E S - 光电子能谱 ( - 仪 测 定, 激发源为单色化的 A C A) l K M o n o α源( ) : , 取 5g 煤 4 8 6. 6e V1 0mA×1 5k V. A l K α 能量 1 / 粉置于 5 0m L 0. 6 4g L 的 分 散 剂 溶 液 中, 2 5 ℃恒 使煤粉在分散剂溶液中达到吸附 温振荡搅拌 5h, 平衡 . 取固体烘干 , 压成粉状 , 用来进行 X P S 测试 .
Ma d
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HG I 5 8
定温度为 2 5 ℃. 煤粒表面电位的测定 : 煤粉颗粒表面的 Z e t a电 位采用美国 B r o o k h a v e n Z e t a P A L S 仪测定 . 水煤 浆 吸 附 性 能 的 测 定 : 用残余浓度法测量分 散剂在煤粉颗粒上的表观吸附量 .
2. 3 三聚磷酸钠 对 分 散 剂 在 煤 粒 表 面 吸 附 性 能 的 影响 分散剂的主要作用是吸附在 在水煤浆体系 中 , 煤粒表面从而改变 煤 水 界 面 性 质 , 使浆体具有良好 的流变性和稳定性 . 吸附是完成对煤粒在水中分散 为研究三聚磷酸钠对分散剂在 的前提与重要阶段 . 煤表面的吸附影响 , 实验在 3 0 ℃ 下测定了不同分散 作出吸附等温线( 见图 剂在神华 煤 表 面 的 吸 附 量 , , 其中三聚磷酸钠的加入量为分散 剂 质 量 的5% . 2)
第 4 期 江红艳等 三聚磷酸钠对水煤浆分散剂性中 没 有 苯 环; S A F 为 脂 肪 族 直 链 分 子,
1 2] ; 主体分子为球形结构 [ C C L 3 S 带有苯环 , F D N则 此 为由亚甲基联接的 系 列 萘 环 形 成 长 链 的 分 散 剂 ;
[ 2] 溶出金属离 子 , 可 以 取 得 很 好 的 效 果. Z e n g等 在
1 实验部分
1. 1 分散剂 分散剂有 : 磺化丙酮 -甲醛 缩 合 物 ( 采用文 S A F, ] 、 献[ 中提供的方 法 制 备 ) 改性木质素磺酸盐高效 8 分散剂 ( 木质素 磺 酸 钠 磺 化 接 枝 共 聚 物 , 制 G C L 3 S, ) 、 备方 法 参 见 文 献 [ 9] -萘 磺 酸 盐 甲 醛 缩 合 物 β ( , ) 、 广东湛江外加剂厂生产 三聚磷酸钠 ( 分 F D N P, 析纯 , 浙江省温州市东升化工试剂厂生产 ) . 1. 2 煤样及制备 将一定量粉碎过的神华原煤 ( 煤质分析见第3 1
1. 5 8
2. 6 4
G C L 3 S
2 4 6 0 0
1 2 0 0 0
2. 0 5
2. 1 5
F D N
9 8 0 0
4 7 0 0
2. 0 8
3. 6 1
S A F, G C L 3 S, F D N 均为阴离子型 由表 2 可知 ,
分散剂 , 主要亲水 官 能 团 为 —S 但分子结构相差 O 3,
由于煤中含有一定 量 的 矿 物 质 , 在水煤浆的制备剪 切或储存过程中会 慢 慢 地 溶 出 金 属 离 子 , 这些金属 会压缩扩散双电层 , 导致浆体 离子在煤水界面吸附 , 黏度升高 , 分散稳定和流动性能下降 . 工业上为了减 小溶出金属离子对 煤 浆 性 能 的 影 响 , 在制备水煤浆 的过程中 , 通过在分 散 剂 中 复 配 金 属 络 合 剂 来 沉 淀
易溶于水 , 对金属离子有显著的螯合能 缩合磷酸盐 , *
) ) 国家杰出青年科学基金资助项目 ( 和广东省科技计划项目 ( 2 0 9 2 5 6 2 2 2 0 1 0 A 0 8 0 8 0 4 0 2 0 . )硕士 ; )教授 、 )副研究员 、 博士生导师 ; 硕士生导师 , 广东省绿色化学产品技术重点实验室 , 华南理工大学化学与化工学院 , 2 3 5 1 0 6 4 0 1 广州 ; 收稿日期 : 修回日期 : 2 0 1 1 0 5 2 3 2 0 1 1 0 7 1 2 - - - -
2 结果与讨论
2. 1 分散剂的结构特征参数 实验测 定 了 三 种 分 散 剂 S A F, G C L 3 S及 F D N ) 的结构特性参数 ( 见表 2 .
表 2 分散剂的结构特征参数 T a b l e 2 P a r a m e t e r s o f s t r u c t u r e c h a r a c t e r i s t i c s o f d i s e r s a n t s p
0 引 言
随着 国 际 能 源 短 缺 及 环 境 污 染 现 象 的 加 剧 , 水 煤浆作为一种新型的洁净煤基液体燃料受到越来越 多的关注 . 为了使水 煤 浆 具 有 良 好 的 分 散 稳 定 和 流 分散剂在水煤浆制备中不可缺少 , 是水煤浆技 动性 , 术的关键 . 作为一种界面改性剂 , 分散剂可吸附在煤 通过静电斥 力 及 空 间 位 阻 等 作 用 来 改 善 煤 粒表面 , 水界面性质 , 提高煤浆流动性和稳定性 . 目前使用的 分散剂主要包括非 离 子 型 和 阴 离 子 型 , 其中阴离子
Mw/ Mn
D e r e e o f g / s u l f o n a t i o n -1) ( ·g mm o l
D i s e r s a n t s p
S t r u c t u r a l f o r m u l a
Mw
Mn
S A F
3 1 4 0 0
1 9 8 0 0
1 1] : 煤粒表面吸附层厚度 的 测 定 [ 分散剂在煤颗
7. 1 6 1 4 4. 7 7 1. 9 7 6 4 1. 9 6 9 1 5 0 8. 3 8 4. 1 0. 0.
1. 3 实验方法 1. 3. 1 分散剂结构特性参数的测定 / 分子量及其分布的测定 : 将样品用 0. 1 0m o l L 硝酸钠配制成 质 量 浓 度 约 为 0. 通过采 4% 的 溶 液 , ( 用凝胶渗 透 色 谱 仪 ( 美国 W G P C) a t e r公 司 W a t e r s ) 测定分散剂的分子量及其 u m H P L P 1 5 1 5 I s o c r a t i c p p
外, 三种分散剂的分子量与磺化度有较大差异 . 其中 且由多分散性可见 S A F 的重均与数均分子 量 最 大 , 其分子量分布较窄 ; G C L 3 S 为木质素接枝共聚改性 分子量分布较宽 ; 产品 , F D N 的重均与数均分子量 最小 , 分子量分布最宽 . 因合成工艺中加入磺化剂的 三种分 量不同而导致各分 散 剂 的 磺 化 度 有 所 差 异 , 散剂的磺化度大小为 S A F<G C L 3 S<F D N. 2. 2 三聚磷酸钠对分散剂分散降黏效果的影响 水煤浆的实际应用要求浆体具有较低的黏度和 较好的流动性 , 使泵送和雾化得以顺利进行 . 实验固 水煤浆的制浆浓度为 6 定分散剂掺量为 1. 0% , 2% , 研究三聚磷酸钠的用量 ( 占分散剂的质量分数 ) 对水 煤浆表观黏度的影响 , 结果见图 1.
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