長側(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、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)驗性和半經(jīng)驗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，對于分散體與煤的作用機理研究還只是一種猜想和假說，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，彬長煤煤/水界面的吸附行為和聚集狀態(tài)，以及其在彬長煤上的流變特性，分析了吸附—分散—流變之間的關(guān)系，探討聚羧酸鹽對煤粒的分散作用機理。
　　本文以丙烯酸（AA）和4種不同側(cè)鏈長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，對苯乙烯磺酸鈉（SSS）

3、為單體，在引發(fā)劑過硫酸鉀，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）。
　　通過核磁共振氫譜（1H NMR）、紅外光譜（FT-IR）、凝膠滲透色譜（GPC）對分散劑分子結(jié)構(gòu)進行了分析，并通過滴定法，測試了各自分散劑的羧基和磺酸基含量，分析了不同側(cè)鏈長度分散劑的分子結(jié)構(gòu)特征；通過TG和DSC對分散劑熱性能進行了研究；將不同長側(cè)鏈

4、的聚羧酸鹽分散劑用于彬長煤、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)萘系進行比較。
　　結(jié)果表明：聚合物的相對分子質(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)特點是：PC350和PC500是長主鏈，短側(cè)鏈，高陰離子基團的特征；PC750和PC1000是長側(cè)鏈，短主鏈，低陰離子基團的特征；且具有良好的熱力學性能，能夠滿足水煤漿分散劑的使用需求。成漿試驗表明：在

5、陜西彬長煤上，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)鏈長度為 PC500的分散劑在四個不同鏈長中分散降黏性能最好，其最佳用量為0.4％，黏度低至526.4mPa.s，流動性為A級，水煤漿最高漿濃可達到68%，水煤漿穩(wěn)定性大大提高。不同煤種成漿性：彬長煤>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力學和熱力學性能，

6、以及其在不同溫度和摻量下的流變性能，通過TEM、SEM、Zeta電位、接觸角和XPS，深入分析了梳型聚羧酸鹽的側(cè)鏈長度對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理。
　　結(jié)果表明：PC制備的彬長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，水煤漿漿體流動性指數(shù)n也增大，漿體流

7、動性增強，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：等溫吸附實驗表明，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在彬長煤上的吸附密度最大0.6375mg/m2；吸附動力學表明，準二級吸附速率方程能更好的描述分散劑在煤粒表面的吸附動力學過程；吸附熱力學發(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為負值，分散劑在煤表面吸附為放熱過程；通過透射電鏡發(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