论文摘要
煤炭是我国的主要能源,在未来相当长的时期内,以煤为主的能源生产和消费结构在我国不会发生根本性的改变。为了保证我国的能源安全,洁净高效利用我国丰富的煤炭资源,使资源、经济和环境协调发展,开发和推广洁净煤技术是我国的最佳选择。水煤浆技术是洁净煤技术的重要内容,添加剂是水煤浆的核心技术之一。研究开发原料来源广、性能优良、价格低廉的复合型水煤浆添加剂对降低水煤浆成本、提高水煤浆质量、推进水煤浆产业化进程、发挥水煤浆的代油及节能环保优势有重要的意义。根据木质素的结构与性质,提出以木质素为原料合成复合型水煤浆添加剂DCSA的工艺技术路线,探讨了影响DCSA的主要因素,用序列实验方法确定合成DCSA的最佳工艺参数,即:100g木质素与10g氧化剂于温度T1下反应H1小时,使木质素活化,然后加入30g磺化剂于温度T2下反应H2小时;最后加入30g聚合剂于温度T3下反应H3小时,得到DCSA产品。不同煤种的成浆性实验表明:DCSA适应的煤种广,有良好的分散与稳定性能,具有突出的性价比,市场前景广阔。用离子交换法测定了添加剂DCSA的磺化度,探讨了DCSA的磺化度与煤的成浆性能的关系,结果表明:DCSA的磺化度愈高,水煤浆粘度越低,DCSA的分散性越好。对DCSA和有代表性的山西煤、娄底煤、义马煤进行了红外光谱分析,发现DCSA和山西煤、娄底煤、义马煤有相似的结构官能团。根据相似相溶原理,DCSA能吸附在煤粒表面。煤的吸附实验显示DCSA在煤表面的吸附等温线呈L型。DCSA含有两类起分散作用的官能团,一类是具有亲水性能的磺酸根基团;另一类是具有亲煤性能的芳基基团。由于DCSA在煤水的粗分散体系中起桥架作用,一端与煤连接,另一端与水连接,因而阻止煤颗粒的聚集与沉淀,使水煤浆具有良好的流变性能和稳定性能。DCSA的分子长度大,有多个极性基团,通过氢键或其他键在煤粒间架桥形成网络结构,能在煤粒表面有较厚的水化膜,这些极性基团和水分子之间有较强的亲合力,因而浆体不易析水沉淀,具有良好的稳定性能。复合型水煤浆添加剂的研究对于降低水煤浆成本、提高水煤浆质量、开辟木质素使用的新途径具有重要的经济效应、环境效益和社会效益。