煤炭燃燒國(guó)科技核心期刊礦業(yè)類核心期聚羧酸系水煤漿分散劑合成的影響因素潘曉懿,朱書(shū)全,楊玉立,馬倫,卓曉軍,張晛,孫威芳(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,北京100083)摘要:以異戊烯醇聚氧乙烯醚(TPEG)、馬來(lái)酸酐(MAN)和甲基丙烯磺酸鈉(SMAS)為主要單體,以過(guò)硫酸鉀為引發(fā)劑,在水溶液中合成了一種新型的聚羧酸系列水煤漿分散劑。自由基聚合反應(yīng)的影響因素較多,實(shí)驗(yàn)采用正交設(shè)計(jì)對(duì)影響聚羧酸系水煤漿分散劑合成的因素進(jìn)行了研究。通過(guò)正交設(shè)計(jì)確定其顯著影響因素及最佳合成條件,即最佳條件:單體配比(n(TPEG):n(MAN))為1.0:2.4,SMAS配比(n(TPEG)n(SMAS))為1:0.32,引發(fā)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%,反應(yīng)時(shí)間40min溫度為80℃,按此條件合成水煤漿分散劑制備的水煤漿黏度低,穩(wěn)定性好。關(guān)鍵詞:水煤漿;分散劑;影響因素中圖分類號(hào):TQ536.9TD849文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-6772(2013)02-0085-03Influence factors of poly-carboxylic acid additive preparation for coal water slurryPAN Xiao-yi, ZHU Shu-quan, YANG Yu-li, MA Lun, ZHUO Xiao-jun, ZHANG Xian, SUN Wei-fang(School of Chemical and Environmental Engineering, China Uniersity of Mining and Technology( Beiing), Beying 100083, ChinaAbstract: Taking isoamyl alcohol polyoxyethylene ether(TPEG), maleic anhydride and sodium methylacrylsulfonateas main monomers, potassium persulfate as free radical initiator, water as solvent, synthesized a new polycarboxylateseries disperant of the coal water slurry with a free radical polymerization. The radical polymerization reaction wouldbe influenced by many factors. Analyse these factors by orthogonal design. The optimum conditions of synthetizeddispersant is that, the ratio of isoamyl enol ethoxylates and maleic anhydride is 1.0: 2. 4, the dosage of SMAN is0. 32, the potassium persufate content of initiator is 4 percent, the reaction time is 40 minutes, the reactiontemperature is 80 C. Under the best reaction condition, the coal water slurry has lower viscosity and better stabilityKey words: coal water slurry; dispersant; influence factor0引言水煤漿方面有很大優(yōu)勢(shì)7。張安琪等”所做的新型聚醚類水煤漿分散劑的合成性能與研究中,使用煤為疏水性物質(zhì),在水煤漿的制備中,煤與水APEC和苯乙烯磺酸鈉為原料,以過(guò)硫酸鉀為引發(fā)的親水性表面很難混合,所以,要制成質(zhì)量高的水劑,水為溶劑進(jìn)行自由基聚合反應(yīng),合成了一種新煤漿,添加劑的作用至關(guān)重要。添加劑中最重要的型的聚醚類水煤漿分散劑。這種分散劑具有較高是分散劑,分散劑的主要作用是改善煤粒表面的親的分散作用且穩(wěn)定性良好,水煤漿濃度高達(dá)70%。水性,使煤粒能夠被水潤(rùn)濕,加強(qiáng)煤粒間的靜電斥此外,國(guó)外聚羧酸系列水泥減水劑研究在一定程度力或提供空間位阻,使?jié){體具有良好的流動(dòng)性和穩(wěn)上已經(jīng)成熟,證明聚羧酸系列減水劑具有超分散定性。因此性能優(yōu)異的水煤漿分散劑對(duì)制備性,適用范圍廣。另有資料顯示,聚羧酸系產(chǎn)品也高濃度的水煤漿有重要作用,它對(duì)水煤漿的濃度、可在漿體中充當(dāng)穩(wěn)定劑。月前,多數(shù)聚羧酸系分流型、黏度甚至是穩(wěn)定性都起決定作用46。散劑的制備采用的是在聚合前進(jìn)行不飽和羧酸酯在聚羧酸系水煤漿分散劑方面,中國(guó)已有研化,得到含有不飽和雙鍵的聚氧乙烯酯類大單體究,WCS-AC水煤漿分散劑的成功研制,說(shuō)明聚羧然后與其它小單體進(jìn)行聚合反應(yīng)得到產(chǎn)物,其合成酸系分散劑在改善水煤漿分散穩(wěn)定性、制備高濃度工藝繁雜,反應(yīng)條件難以控制,較難得到所需產(chǎn)收稿日期:2013-01-29責(zé)任編輯:宮在芹作者簡(jiǎn)介:潘曉(1986-),女,吉林石入,頑士,研究方向?yàn)榈V物加工化學(xué)藥劑。E-mai:panxiaoyil986@163.com引用格式:潘曉懿,宋書(shū)全,楊玉立,等聚羧酸系水煤漿分散劑合成的影因[]潔凈煤技術(shù),2013,19(2):85-87潘曉懿等:聚羧酸系水煤漿分散劑合成的影響因素煤炭燃燒品本次研究釆用含不飽和雙鍵的異戊烯醇業(yè)品,遼寧奧克化學(xué)股份有限公司;過(guò)硫酸鉀,分析聚氧乙烯醚(TPEG)為大單體,其結(jié)構(gòu)中含雙鍵,可純,廣東汕頭西隴化工廠;氫氧化鈉,分析純,廣東以直接參與聚合反應(yīng),而且TPEG本身的活性較高,光華科技股份有限公司。水溶性良好,有助于聚合反應(yīng)的進(jìn)行。通過(guò)正交實(shí)實(shí)驗(yàn)儀器:J-1型定時(shí)電動(dòng)攪拌器,江蘇省金驗(yàn)對(duì)影響聚羧酸系水煤漿添加劑因素,如最佳單體壇市金城國(guó)勝試驗(yàn)儀器廠;8002型TDA溫度控制配比(TPEG:MAN),SMAS配比、引發(fā)劑的最佳用儀,北京永光明醫(yī)療儀器廠;FA1004A型電子分析量,最佳反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間等進(jìn)行了研究,通過(guò)天平,上海精天電子儀器有限公司;LP502A型電子正交分析,確定影響添加劑性能因素的順序,并找天平,上海精天電子儀器有限公司;XS-4C型水煤到最佳制備方法。漿黏度計(jì),國(guó)家水煤漿工程技術(shù)研究中心成都儀器1實(shí)驗(yàn)部分廠;BT100-2J型蠕動(dòng)泵,保定蘭格恒流泵有限公司。1.2實(shí)驗(yàn)原料1.1主要試劑及儀器選取雞西煙煤作為制漿用煤,表1為煤樣的煤實(shí)驗(yàn)藥劑:馬來(lái)酸酐(MAN),分析純,廣東汕頭質(zhì)分析。實(shí)驗(yàn)用煤樣干燥至空氣干燥狀態(tài)后,置于市西隴化工廠;甲基丙烯磺酸鈉(SMAS),化學(xué)純,鐵皮桶內(nèi)或外罩尼龍編織袋、塑料袋內(nèi)存放,存放東京化成工業(yè)株式會(huì)社;異戊烯醇聚氧乙烯醚,工地點(diǎn)要保持干燥,存放時(shí)間不超過(guò)10個(gè)月。表1煤樣的工業(yè)分析和元素分析工業(yè)分析元素分析0(C,d)0(S1d)1.524.6527.7947.560.974.241.3添加劑合成與制漿實(shí)驗(yàn)中,產(chǎn)物的單體配比、引發(fā)劑的用量、反應(yīng)時(shí)間和溫合成實(shí)驗(yàn)以TPEG,MAN和SMAS為原料,過(guò)硫度對(duì)合成結(jié)果有較大影響。酸鉀為引發(fā)劑,在四口燒瓶中進(jìn)行聚合反應(yīng)。首先,為了獲得最佳合成結(jié)果,將分散劑的制漿效果將一定量的TPEG在250mL的燒杯中溶于水配成溶作為考察目標(biāo),選取反應(yīng)時(shí)間、單體配比(n(TPFG)液,倒入四口燒瓶中,取1號(hào)燒杯稱量好MAN與n(MAN)、反應(yīng)溫度、SMAS配比(n(TPEG)SMAS,加適量的水溶解,取2號(hào)燒杯稱量過(guò)硫酸鉀并n(SMAS)、引發(fā)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為考察因子進(jìn)行正交加適量的水溶解,將裝有TPEG的四口燒瓶置于水浴實(shí)驗(yàn),并確定各因素的4個(gè)水平。表2為共聚正交鍋中用攪拌器進(jìn)行攪動(dòng),同時(shí)將水浴鍋升溫,升到所實(shí)驗(yàn)因子水平表需溫度時(shí),分別開(kāi)始滴加過(guò)硫酸鉀溶液與MAN,表2共聚正交實(shí)驗(yàn)因子水平表SMAS小單體的溶液。反應(yīng)一定時(shí)間后,保溫1h,取水單體MAs引發(fā)劑質(zhì)量溫度/時(shí)間出產(chǎn)品冷卻至室溫,再向產(chǎn)物中滴加配制好的質(zhì)量平配比分?jǐn)?shù)/%分?jǐn)?shù)為25%的NaOH溶液調(diào)整產(chǎn)品pH值在9-1111.0:.810.2838范圍內(nèi)。所得的橙色透明液體即為聚羧酸系分散劑。21.0:2.01:0.304.031.0:2.21:0.324.28560制漿實(shí)驗(yàn):采用干法制漿,使用XS-4C型水煤41.02.410.44.4漿黏度計(jì)測(cè)定水煤漿的表觀黏度,在測(cè)定水煤漿黏度過(guò)程中使用控溫儀恒定溫度,以水煤漿的黏度2.2正交表的選取與表頭設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)不同合成條件下的分散劑性能;水煤漿的黏度實(shí)驗(yàn)中選取5個(gè)因素,每個(gè)因素均為四水平,故為剪切速率100s下的黏度4選用L1(4°)的正交表。表3為共聚正交實(shí)驗(yàn)表頭設(shè)計(jì)。2正交設(shè)計(jì)表3共聚正交實(shí)驗(yàn)表頭設(shè)計(jì)列號(hào)C2.1正交實(shí)驗(yàn)因子及因子水平的選取水煤漿分散劑的合成反應(yīng)是在一定的溫度下因素單體配比SMAS配比引發(fā)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)溫度時(shí)間以TPEC,SMAS與MAN為原料,在引發(fā)劑的引發(fā)下3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析進(jìn)行溶液聚合反應(yīng)。經(jīng)過(guò)大量的單因素實(shí)驗(yàn)和查閱相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn),在合成聚羧酸系水煤漿分散劑以水煤漿的黏度為指標(biāo),考察所選取的5個(gè)因素86潔凈煤技術(shù)》2013年第19卷第2期煤炭燃燒中國(guó)科技核心期刊礦業(yè)類核心期刊對(duì)水煤漿黏度的顯著性影響。表4為實(shí)驗(yàn)安排與結(jié)較大;因素B,C波動(dòng)較小,對(duì)表觀黏度的影響不明顯。果。表5為以表觀黏度為結(jié)果的方差分析。圖1為通過(guò)分析確定各因素的最優(yōu)水平即其最佳試驗(yàn)條件各個(gè)因素不同水平對(duì)表觀黏度值的影響及影響程度。為A4B3C2D2E2,其單體配比(n(TPEG)n(MAN)表4共聚正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果為1:2.4,SMAS配比(n(TPEG):n(SMAS))為E1:0.32,引發(fā)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%,溫度為80℃,反應(yīng)序表觀黏度時(shí)間40min。號(hào)單體 SMAS引發(fā)劑質(zhì)量溫度/反應(yīng)時(shí)(mPas)配比配比分?jǐn)?shù)/%℃間/min4結(jié)語(yǔ)11.0:1.81:0.283.821.0:1.81:0.30356.3首次將TPEG作為制備水煤漿分散劑的大單體31.0:1.81:0.324.28560383.541.0:1.81:0.344.4直接合成新型聚羧酸系水煤漿分散劑,合成過(guò)程表51.0:2.01:0.288580387.8明采用含有不飽和雙鍵的TPEG為大單體直接參與61.0:2.01:0.303.89060419.04.440346.0自由基聚合反應(yīng),其合成過(guò)程簡(jiǎn)單,操作便捷,合成8102.010.344.28020362.5條件易于控制,在一定程度上降低了合成時(shí)間。同91.0:2.21:0.28418.2時(shí),實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,采用TPEG為大單體所合成的水40l.71!11.0210.323880803882煤漿分散劑降黏效果好,水煤漿黏度普遍較低。121.0:2.21:0.4.07560377.0131.0:2.4I:0.2853.0參考文獻(xiàn)141.0:2.41:0.304.27580390.3151.0:2.41:0.324.0201.0[1]郭照冰,吳國(guó)光水煤漿添加劑的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨161.0:2.41:0.343.8勢(shì)[J].潔凈煤技術(shù),2001,7(1):32-34.表5以表觀黏度為實(shí)驗(yàn)結(jié)果的方差分析[2]吳曉華,朱書(shū)全,王奇,等.聚羧酸系水煤漿添加劑的合成研究[J].潔凈煤技術(shù),2007,13(1):40-43實(shí)驗(yàn)指標(biāo)表觀黏度[3]張現(xiàn)林劉建秋付翠彥,等造紙黑液制備水煤漿添加劑因素單體SMAS引發(fā)劑反應(yīng)溫度配比配比質(zhì)量分?jǐn)?shù)的性能研究[JJ.潔凈煤技術(shù),2009,15(4):87-90時(shí)間[4]謝欣馨戴愛(ài)軍,杜彥學(xué)水煤漿分散劑的發(fā)展動(dòng)向均值1387.150384.750388875373.325386.300[J].煤炭加工與綜合利用,2010(2):43-46均值3396275379.675388625385.325383.125[5]宋瑛朱銀惠張素青等高效水煤漿分散劑—聚天冬均值4378.150384.150382.375416.75398.775氨酸的研制[J].潔凈煤技術(shù),2006,12(2):52-53極差18.12512.1508.35051.75026.575偏差平方和867.045302.725220.13061777351435.025[6]李少冰HNF系列水煤漿添加劑的應(yīng)用[冂].潔凈煤技自由度術(shù),2002,8(3):19-210.482016801223.4310.77[7]茅曄輝,朱書(shū)全,吳曉華等聚羧酸系水煤漿分散劑的合F臨界值3.2903.2903.2903.2903.290顯著性成試驗(yàn)[J].煤炭加工與綜合利用,2009(1):44-48[8]吳曉華,朱書(shū)全,茅曄輝,等聚羧酸系列水煤漿添加420A平D劑的合成及性能研究[J].選煤技術(shù),2007(4):37-40[9]張安琪張光華,任軍哲,等新型聚醚類水煤漿分散劑的合成與性能研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2011,39e a od(7):116-119[10]呂智英,胡曉波高效減水劑的改性研究綜述[J].混凝水平數(shù)[11]張光華,魏輝,費(fèi)菲,等,馬來(lái)酸型聚羧酸水煤漿分散劑的合成研究[門(mén)].選煤技術(shù),2010(6):5-8圖1不同因素水平對(duì)表觀黏度的影響[12]任軍哲魏輝張光華等一種新型水煤漿聚羧酸分散由表5,圖1可以看出各個(gè)因素不同水平對(duì)水劑大單體的制備[J].應(yīng)用化工,2011,40(3):4l-413煤漿表觀黏度的影響并沒(méi)有固定的趨勢(shì),說(shuō)明在5個(gè)[13]朱雪丹,張光華聚羧酸系分散劑合成單體對(duì)水煤漿性因素間存在著交互作用;在所選水平范圍內(nèi),可以看能的影響[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2010,38(7):122-125出因素D的波動(dòng)最大,說(shuō)明溫度對(duì)表觀黏度的影響[14]茅曄輝朱書(shū)全,吳曉華等聚羧酸系水煤漿分散劑的最為顯著;其次是因素E,反應(yīng)時(shí)間對(duì)表觀黏度的影響試驗(yàn)研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2008,36(12):90-93潘曉懿等:聚羧酸系水煤漿分散劑合成的影響因素