煤炭燃燒國科技核心期刊礦業(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,朱書全,楊玉立,馬倫,卓曉軍,張晛,孫威芳(中國礦業(yè)大學(北京)化學與環(huán)境工程學院,北京100083)摘要:以異戊烯醇聚氧乙烯醚(TPEG)、馬來酸酐(MAN)和甲基丙烯磺酸鈉(SMAS)為主要單體,以過硫酸鉀為引發(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。自由基聚合反應的影響因素較多,實驗采用正交設計對影響聚羧酸系水煤漿分散劑合成的因素進行了研究。通過正交設計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)劑質量分數(shù)為4%,反應時間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。關鍵詞:水煤漿;分散劑;影響因素中圖分類號:TQ536.9TD849文獻標識碼:A文章編號: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,在水煤漿的制備中,煤與水APEC和苯乙烯磺酸鈉為原料,以過硫酸鉀為引發(fā)的親水性表面很難混合,所以,要制成質量高的水劑,水為溶劑進行自由基聚合反應,合成了一種新煤漿,添加劑的作用至關重要。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70%。水性,使煤粒能夠被水潤濕,加強煤粒間的靜電斥此外,國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制備性,適用范圍廣。另有資料顯示,聚羧酸系產品也高濃度的水煤漿有重要作用,它對水煤漿的濃度、可在漿體中充當穩(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行不飽和羧酸酯在聚羧酸系水煤漿分散劑方面,中國已有研化,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,說明聚羧然后與其它小單體進行聚合反應得到產物,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,反應條件難以控制,較難得到所需產收稿日期:2013-01-29責任編輯:宮在芹作者簡介:潘曉(1986-),女,吉林石入,頑士,研究方向為礦物加工化學藥劑。E-mai:panxiaoyil986@163.com引用格式:潘曉懿,宋書全,楊玉立,等聚羧酸系水煤漿分散劑合成的影因[]潔凈煤技術,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,遼寧奧克化學股份有限公司;過硫酸鉀,分析聚氧乙烯醚(TPEG)為大單體,其結構中含雙鍵,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,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,有助于聚合反應的進行。通過正交實實驗儀器:J-1型定時電動攪拌器,江蘇省金驗對影響聚羧酸系水煤漿添加劑因素,如最佳單體壇市金城國勝試驗儀器廠;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,最佳反應溫度和反應時間等進行了研究,通過天平,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,國家水煤漿工程技術研究中心成都儀器1實驗部分廠;BT100-2J型蠕動泵,保定蘭格恒流泵有限公司。1.2實驗原料1.1主要試劑及儀器選取雞西煙煤作為制漿用煤,表1為煤樣的煤實驗藥劑:馬來酸酐(MAN),分析純,廣東汕頭質分析。實驗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),化學純,鐵皮桶內或外罩尼龍編織袋、塑料袋內存放,存放東京化成工業(yè)株式會社;異戊烯醇聚氧乙烯醚,工地點要保持干燥,存放時間不超過10個月。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驗中,產物的單體配比、引發(fā)劑的用量、反應時間和溫合成實驗以TPEG,MAN和SMAS為原料,過硫度對合成結果有較大影響。酸鉀為引發(fā)劑,在四口燒瓶中進行聚合反應。首先,為了獲得最佳合成結果,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,選取反應時間、單體配比(n(TPFG)液,倒入四口燒瓶中,取1號燒杯稱量好MAN與n(MAN)、反應溫度、SMAS配比(n(TPEG)SMAS,加適量的水溶解,取2號燒杯稱量過硫酸鉀并n(SMAS)、引發(fā)劑質量分數(shù)為考察因子進行正交加適量的水溶解,將裝有TPEG的四口燒瓶置于水浴實驗,并確定各因素的4個水平。表2為共聚正交鍋中用攪拌器進行攪動,同時將水浴鍋升溫,升到所實驗因子水平表需溫度時,分別開始滴加過硫酸鉀溶液與MAN,表2共聚正交實驗因子水平表SMAS小單體的溶液。反應一定時間后,保溫1h,取水單體MAs引發(fā)劑質量溫度/時間出產品冷卻至室溫,再向產物中滴加配制好的質量平配比分數(shù)/%分數(shù)為25%的NaOH溶液調整產品pH值在9-1111.0:.810.2838范圍內。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制漿實驗:采用干法制漿,使用XS-4C型水煤41.02.410.44.4漿黏度計測定水煤漿的表觀黏度,在測定水煤漿黏度過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計評價不同合成條件下的分散劑性能;水煤漿的黏度實驗中選取5個因素,每個因素均為四水平,故為剪切速率100s下的黏度4選用L1(4°)的正交表。表3為共聚正交實驗表頭設計。2正交設計表3共聚正交實驗表頭設計列號C2.1正交實驗因子及因子水平的選取水煤漿分散劑的合成反應是在一定的溫度下因素單體配比SMAS配比引發(fā)劑質量分數(shù)溫度時間以TPEC,SMAS與MAN為原料,在引發(fā)劑的引發(fā)下3實驗結果與分析進行溶液聚合反應。經(jīng)過大量的單因素實驗和查閱相關文獻發(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,考察所選取的5個因素86潔凈煤技術》2013年第19卷第2期煤炭燃燒中國科技核心期刊礦業(yè)類核心期刊對水煤漿黏度的顯著性影響。表4為實驗安排與結較大;因素B,C波動較小,對表觀黏度的影響不明顯。果。表5為以表觀黏度為結果的方差分析。圖1為通過分析確定各因素的最優(yōu)水平即其最佳試驗條件各個因素不同水平對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共聚正交實驗結果為1:2.4,SMAS配比(n(TPEG):n(SMAS))為E1:0.32,引發(fā)劑質量分數(shù)為4%,溫度為80℃,反應序表觀黏度時間40min。號單體 SMAS引發(fā)劑質量溫度/反應時(mPas)配比配比分數(shù)/%℃間/min4結語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,其合成過程簡單,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間。同91.0:2.21:0.28418.2時,實驗結果顯示,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141.0:2.41:0.304.27580390.3151.0:2.41:0.324.0201.0[1]郭照冰,吳國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[J].潔凈煤技術,2001,7(1):32-34.表5以表觀黏度為實驗結果的方差分析[2]吳曉華,朱書全,王奇,等.聚羧酸系水煤漿添加劑的合成研究[J].潔凈煤技術,2007,13(1):40-43實驗指標表觀黏度[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)劑反應溫度配比配比質量分數(shù)的性能研究[JJ.潔凈煤技術,2009,15(4):87-90時間[4]謝欣馨戴愛軍,杜彥學水煤漿分散劑的發(fā)展動向均值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,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用[冂].潔凈煤技自由度術,2002,8(3):19-210.482016801223.4310.77[7]茅曄輝,朱書全,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[J].煤炭加工與綜合利用,2009(1):44-48[8]吳曉華,朱書全,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,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].煤炭科學技術,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,費菲,等,馬來酸型聚羧酸水煤漿分散劑的合成研究[門].選煤技術,2010(6):5-8圖1不同因素水平對表觀黏度的影響[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可以看出各個因素不同水平對水劑大單體的制備[J].應用化工,2011,40(3):4l-413煤漿表觀黏度的影響并沒有固定的趨勢,說明在5個[13]朱雪丹,張光華聚羧酸系分散劑合成單體對水煤漿性因素間存在著交互作用;在所選水平范圍內,可以看能的影響[J].煤炭科學技術,2010,38(7):122-125出因素D的波動最大,說明溫度對表觀黏度的影響[14]茅曄輝朱書全,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,反應時間對表觀黏度的影響試驗研究[J].煤炭科學技術,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