水煤漿制備中木質(zhì)素表面活性劑的有效運用

梁霏飛

摘 要：借助硫酸鹽木質(zhì)素，經(jīng)改性制備成水煤漿添加劑，利用FTIR光譜分析法，對產(chǎn)物的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全面分析，并分別指出了其對水煤漿流變性、煤粒固-液界面自由能及在煤粒表面的吸附性的影響。

關(guān)鍵詞：水煤漿;木質(zhì)素表面活性劑;水化膜

水煤漿（CWM）是一種較新型的漿體燃料，由于其能夠代替重油，而且還比較環(huán)保，因而在諸多領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。近年，我國在研究CWM技術(shù)方面，已經(jīng)得到較大進(jìn)展，但要想從根本上滿足現(xiàn)實所需，仍有不小的差距，不僅要完善與強化制漿工藝設(shè)備，還需研制更加高效且廉價的添加劑，以此達(dá)到降低CWM成本的目的，此乃推廣、應(yīng)用CWM的核心技術(shù)。本文將硫酸鹽木質(zhì)素當(dāng)作基礎(chǔ)原料，成功制備出與CWM應(yīng)用相匹配、相適應(yīng)的添加劑，且分析了其對水化膜等所具有的影響，望能最大化發(fā)揮出木質(zhì)素的作用。

1 實驗分析

1.1 試劑與儀器

MAC-400工業(yè)分析儀（美國LECO公司產(chǎn)）;CHN-6，SC-132元素分析儀（德國Haake公司產(chǎn)）;2000型Malvern Size激光粒度分析儀（英國Malvern儀器公司產(chǎn)）;MD60-2F電動攪拌器（杭州儀表電機廠）;750型FT-IR傅立葉變換紅外光譜儀（美國尼高利儀器公司產(chǎn)）。

1.2 煤樣及制備CWM

所選煤樣的成漿性指標(biāo)D是3.93，基于理論層面來講，其制漿濃度最高為72.26%，處理煤樣，并制備CWM，測定其濃度、穩(wěn)定性、流變性等。

1.3 處理粗木質(zhì)素

本次實驗所選用的粗木質(zhì)素均為市場售賣品。在實驗開始前，對粗木質(zhì)素進(jìn)行預(yù)處理，方法：把粗木質(zhì)素溶解在NaOH溶液當(dāng)中（0.5mol·L-1），過濾后，將不溶性雜質(zhì)去除，用H2SO4溶液（0.3mol·L-1）對濾液進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其pH值維持在2～3;沉淀木質(zhì)素，重復(fù)上述操作，最后分離沉淀得到的木質(zhì)素，水洗，使其呈中性，并進(jìn)行干燥與粉碎處理，最終便可得到硫酸鹽木質(zhì)素（ML）。

1.4 對硫酸鹽木質(zhì)素進(jìn)行化學(xué)改性

于準(zhǔn)確計量下，在堿性水溶液當(dāng)中，將2～3瓶ML加入其中，然后再加入HCHO、Na2SO3，對其pH值進(jìn)行調(diào)節(jié)，使之維持在11～13，于持續(xù)攪拌作用下，使水浴升溫，溫度維持在55～95℃，反應(yīng)時間控制在2～3h，結(jié)束反應(yīng)后，利用乙醇實施沉淀、分離即提純等操作;最后把合成的樣品實施真空干燥處理，最終變得獲得ML的改性產(chǎn)物（GX）。

2 結(jié)果與討論

2.1 FTIR分析

借助FTIR光譜分析儀，分析GX、ML的結(jié)構(gòu)，最終結(jié)果得知：二者之間最大的不同在于，GX于977.75cm-1位置處，有一強吸收峰，而對于ML來講，卻沒有，其實為S與O原子或者是C與S原子間基團與鍵的振動表現(xiàn)。借助紅外光譜工具，選取自C7至C10當(dāng)中包含S、C、H等元素含苯環(huán)的20多種化合物，其均含有不同量的SO32-基團，此類化合物的紅外光譜區(qū)間為850～1050cm-1，在此期間內(nèi)，能夠比較準(zhǔn)確的將SO32-基團的特征吸收給反映出來，相似于GX，表明SO32-也同樣存在于GX分子結(jié)構(gòu)當(dāng)中，ML被改性，因而提高了GX的親水性。

2.2 煤粒固—液界面自由能與煤粒表面的吸附

在CWM當(dāng)中，煤粒的粒徑大多<50μm，而1g煤粒的表面積達(dá)0.7m2，如此大的相界面，會形成比較強烈的界面自由能，非常容易出現(xiàn)團聚結(jié)構(gòu)，將原本有限的水置于結(jié)構(gòu)當(dāng)中的既定空間內(nèi)，增高體系黏度，并且還有著較差的流動性;而將分散劑加入，則能達(dá)到改變煤的表面性能的目的，有助于煤粒表面相應(yīng)親水性的提升，對團聚結(jié)構(gòu)形成破壞，游離出水，靜滴漿體黏度。因此，將添加劑加入CWM中，能吸附在固-液界面，改變界面狀態(tài)，最終對界面性質(zhì)造成影響。

2.3 制漿結(jié)果

伴隨添加劑實際用量的不斷增加，CWM黏度呈現(xiàn)逐漸降低的趨向;盡管如果將GX加入量控制在2%時，可獲得最佳值，但當(dāng)采用GX當(dāng)作添加劑時，其與選煤種共同進(jìn)行CWM的制備，GX的量需要控制在1.4%，此時，可獲得較好的漿體性能，如果添加量>1.4%，那么此時會有并不明顯的變化趨勢。為了實現(xiàn)CWM成本的最大程度降低，將添加劑用量控制在1.4%，且于25℃下，開展圍繞增加濃度的制漿實驗，通過系統(tǒng)優(yōu)化后，漿液的最高濃度能夠達(dá)到67%，另外，對其進(jìn)行密封保存，在20天內(nèi)沒有出現(xiàn)硬沉淀情況。

3 討論

綜上，通過系統(tǒng)化處理硫酸鹽木質(zhì)素，并對其進(jìn)行改性，形成陰離子型表面活性劑，此乃實現(xiàn)分散的重要前提;針對GX表面活性劑來講，其吸附于煤粒的表面，受此影響，固—液界面自由能出現(xiàn)了不同程度降低，此外，還降低了顆粒間的聚集力。將GX將入到CWM當(dāng)中，能夠使煤粒表面水化膜厚度得到相應(yīng)降低，并使游離水的量合理性增加;在此背景下，CWM體系的黏度或大幅降低，流動性得到改善，但需要指出的是，如果加入的量過大，那么會造成相反的結(jié)果;因此，需要根據(jù)實際情況，合理明確加入量，從中得到質(zhì)量更高的水煤漿。

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