Page 113 - 《精细化工》2020年第12期
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第 12 期          张光华，等:  两种不同羧酸单体的两性聚羧酸盐水煤浆分散剂的制备及性能对比                                   ·2475·


                 stability of slurry was significantly improved. The results indicated that the dicarboxyl group could improve
                 the performance of dispersant more than monocarboxyl group.
                 Key words: carboxylic acid monomer; cation; amphoteric polycarboxylate dispersant; coal water slurry;
                 apparent viscosity; stability; functional materials


                 随着世界能源的紧缺，寻求清洁、高效的燃料                          8%、42%、7%、8%和 35%。
            成为各国的重点。水煤浆这类新型、清洁的煤基液体
                                              [1]
            燃料成为现代新型煤化工的主要原料 。水煤浆分                                             表 1   煤质分析
                                         [2]
            散剂是制备高质量水煤浆的关键 。聚羧酸盐分散剂                                       Table 1    Coal quality analysis
            因其结构可控，广泛应用于水煤浆的制备                    [3-6] 。聚羧     煤样  工业分析，质量分数%          元素分析，质量分数/%
                                                                      M ad  A ad  V daf  C ad  H ad  N ad  O ad  S ad
            酸系分散剂通常由磺酸盐单体、羧酸类单体、聚醚
                                                                榆林   5.71  9.89  34.18 70.96  4.34   0.99  10.79  0.71
            大单体等功能单体组成           [7-8] ，且单体的类型对分散剂
                                                                  注：ad 代表空气干燥基；daf 代表干燥无灰基；M ad 为煤样
                                          [9]
            性能影响较大。对此，朱军峰等 研究了聚羧酸盐
                                                               中水分质量分数；A ad 为空气干燥基灰分质量分数；V daf 为干燥
            侧链长度对水煤浆分散性能的影响，结果表明，当                             无灰基挥发分质量分数。
            侧链聚合度 n=11 时，分散效果最佳。张光华等                    [10]
            研究了磺酸盐单体对聚羧酸盐水煤浆分散剂性能的                                 XM-4 型行星球磨机，湘潭市三星仪器有限公
            影响，结果表明，含有苯乙烯磺酸钠的聚羧酸盐分                             司；VERTEX-80 型傅里叶变换红外光谱仪（样品经
            散剂具有更为优良的分散性能。但有关羧酸单体对                             无水乙醇多次提纯后，干燥，溴化钾压片）、
            聚羧酸盐水煤浆分散剂性能的影响研究鲜见报道，                             ADVANCE  Ⅲ 400 MHz 型核磁共振波谱仪（提纯、
            且以上研究多为阴离子型分散剂，阴离子型聚羧酸                             干燥后的样品，以重水作溶剂），德国 Bruker 公司；
            分散剂与煤粒的吸附作用较弱，制得的浆体具有较                             NXS-4C 型水煤浆流变仪，美国 Brookfield 公司；
            高的表观黏度和较差的稳定性              [11-12] 。               DCAT21 型静态接触角测量仪，德国 Oriental Delphi
                 基于以上原因，本文选取 APEG-500、SSS、丙                    公司；AXIS Supra 型 X 射线光电子能谱仪，英国
            烯酸（AA）、衣康酸（IA）、DMDAAC 等为功能                         Kratos 公司；NS90 型 Zeta 电位测定仪，英国 Malvern
            单体，设计合成两种不同羧酸单体的两性聚羧酸盐                             仪器公司；Turbiscan Lab 型稳定性分析仪，法国
            分散剂，并将其分别用于陕西榆林煤制浆，探究不                             Formulaction 公司；Cary 60 型紫外-可见分光光度
            同羧酸单体的聚羧酸盐分散剂对水煤浆成浆性能的                             计，美国安捷伦公司。
            影响。同时，阳离子单体的引入，增加了与煤粒表                             1.2   两性聚羧酸盐分散剂的制备
            面负电荷的静电作用，使分散剂与煤粒的吸附作用                                 固定单体配比为 n(SSS)∶n(APEG-500)∶n(R)=
            增强，具有比阴离子型聚羧酸分散剂更加优良的分                             1.0∶1.0∶1.5（R 为 AA 或 IA）。以 PASAD 的制
            散、降黏效果。并进一步探究分散剂与煤粒表面的                             备为例，在带有搅拌装置、恒压滴液漏斗的 250 mL
            吸附、分散机理，对实际生产中制备高性能聚羧酸                             四口烧瓶中加入 12.14 g (0.0242 mol) APEG-500、5.0 g
            盐水煤浆分散剂具有重要指导意义。                                   (0.0242 mol) SSS、亚硫酸氢钠、一定量去离子水，

                                                               加热至 80  ℃。同时，由 3 支滴液漏斗分别滴入 2.62 g
            1   实验部分
                                                               (0.0363 mol) AA、DMDAAC 水溶液（固定其他单体
            1.1   试剂与仪器                                        用量不变，DMDAAC 用量分别为 APEG-500、SSS、
                 APEG-500，江苏省海安石油化工厂；AA、IA，                    AA 总质量的 0~10%）、过硫酸铵水溶液，滴加完毕
            福晨（天津）化学试剂有限公司；SSS、DMDAAC                          后保温反应 2 h。将产物冷却至 30~40  ℃，用质量
            （DMDAAC 质量分数为 60%水溶液），阿拉丁试                         分数为 30%氢氧化钠水溶液调节 pH 为 7~8，得到黄
            剂（上海）有限公司；亚硫酸氢钠、过硫酸铵，天                             色黏稠的透明溶液，即为两性聚羧酸盐水煤浆分散
            津市天力化学试剂有限公司；无水乙醇，国药集团                             剂，标记为 PASAD，其中引发剂总质量为所有单体
            化学试剂有限公司；氢氧化钠，天津大茂化学试剂                             质量之和的 4%，且 n(NaHSO 3 )∶n〔(NH 4 ) 2 S 2 O 8 〕=
            厂，以上均为 AR。陕西榆林煤，中煤科工清洁能源                           1∶1，含有衣康酸的 PASID 的制备方法和物料配比
            股份有限公司，其煤质分析如表 1 所示，采用多峰                           同 PASAD。同时，按照同样的物料配比，制备不含
            级配，粒径分布为 20~40 目、40~120 目、120~200                  羧酸单体的两性聚羧酸盐水煤浆分散剂 PASD。两
            目、200~300 目及 300 目以下，其质量分数分别为                      类分散剂的合成路线如下所示：
   108   109   110   111   112   113   114   115   116   117   118