聚羧酸系水煤浆分散剂合成的影响因素

煤炭燃烧国科技核心期刊矿业类核心期聚羧酸系水煤浆分散剂合成的影响因素潘晓懿,朱书全,杨玉立,马伦,卓晓军,张晛,孙威芳(中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京100083)摘要:以异戊烯醇聚氧乙烯醚(TPEG)、马来酸酐(MAN)和甲基丙烯磺酸钠(SMAS)为主要单体,以过硫酸钾为引发剂,在水溶液中合成了一种新型的聚羧酸系列水煤浆分散剂。自由基聚合反应的影响因素较多,实验采用正交设计对影响聚羧酸系水煤浆分散剂合成的因素进行了研究。通过正交设计确定其显著影响因素及最佳合成条件,即最佳条件:单体配比(n(TPEG):n(MAN))为1.0:2.4,SMAS配比(n(TPEG)n(SMAS))为1:0.32,引发剂质量分数为4%,反应时间40min温度为80℃,按此条件合成水煤浆分散剂制备的水煤浆黏度低,稳定性好。关键词:水煤浆;分散剂;影响因素中图分类号:TQ536.9TD849文献标识码:A文章编号: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引言水煤浆方面有很大优势7。张安琪等”所做的新型聚醚类水煤浆分散剂的合成性能与研究中,使用煤为疏水性物质,在水煤浆的制备中,煤与水APEC和苯乙烯磺酸钠为原料,以过硫酸钾为引发的亲水性表面很难混合,所以,要制成质量高的水剂,水为溶剂进行自由基聚合反应,合成了一种新煤浆,添加剂的作用至关重要。添加剂中最重要的型的聚醚类水煤浆分散剂。这种分散剂具有较高是分散剂,分散剂的主要作用是改善煤粒表面的亲的分散作用且稳定性良好,水煤浆浓度高达70%。水性,使煤粒能够被水润湿,加强煤粒间的静电斥此外,国外聚羧酸系列水泥减水剂研究在一定程度力或提供空间位阻,使浆体具有良好的流动性和稳上已经成熟,证明聚羧酸系列减水剂具有超分散定性。因此性能优异的水煤浆分散剂对制备性,适用范围广。另有资料显示,聚羧酸系产品也高浓度的水煤浆有重要作用,它对水煤浆的浓度、可在浆体中充当稳定剂。月前,多数聚羧酸系分流型、黏度甚至是稳定性都起决定作用46。散剂的制备采用的是在聚合前进行不饱和羧酸酯在聚羧酸系水煤浆分散剂方面,中国已有研化,得到含有不饱和双键的聚氧乙烯酯类大单体究,WCS-AC水煤浆分散剂的成功研制,说明聚羧然后与其它小单体进行聚合反应得到产物,其合成酸系分散剂在改善水煤浆分散稳定性、制备高浓度工艺繁杂,反应条件难以控制,较难得到所需产收稿日期:2013-01-29责任编辑:宫在芹作者简介:潘晓(1986-),女,吉林石入,顽士,研究方向为矿物加工化学药剂。E-mai:panxiaoyil986@163.com引用格式:潘晓懿,宋书全,杨玉立,等聚羧酸系水煤浆分散剂合成的影因[]洁净煤技术,2013,19(2):85-87潘晓懿等:聚羧酸系水煤浆分散剂合成的影响因素煤炭燃烧品本次研究釆用含不饱和双键的异戊烯醇业品,辽宁奥克化学股份有限公司;过硫酸钾,分析聚氧乙烯醚(TPEG)为大单体,其结构中含双键,可纯,广东汕头西陇化工厂;氢氧化钠,分析纯,广东以直接参与聚合反应,而且TPEG本身的活性较高,光华科技股份有限公司。水溶性良好,有助于聚合反应的进行。通过正交实实验仪器:J-1型定时电动搅拌器,江苏省金验对影响聚羧酸系水煤浆添加剂因素,如最佳单体坛市金城国胜试验仪器厂;8002型TDA温度控制配比(TPEG:MAN),SMAS配比、引发剂的最佳用仪,北京永光明医疗仪器厂;FA1004A型电子分析量,最佳反应温度和反应时间等进行了研究,通过天平,上海精天电子仪器有限公司;LP502A型电子正交分析,确定影响添加剂性能因素的顺序,并找天平,上海精天电子仪器有限公司;XS-4C型水煤到最佳制备方法。浆黏度计,国家水煤浆工程技术研究中心成都仪器1实验部分厂;BT100-2J型蠕动泵,保定兰格恒流泵有限公司。1.2实验原料1.1主要试剂及仪器选取鸡西烟煤作为制浆用煤,表1为煤样的煤实验药剂:马来酸酐(MAN),分析纯,广东汕头质分析。实验用煤样干燥至空气干燥状态后,置于市西陇化工厂;甲基丙烯磺酸钠(SMAS),化学纯,铁皮桶内或外罩尼龙编织袋、塑料袋内存放,存放东京化成工业株式会社;异戊烯醇聚氧乙烯醚,工地点要保持干燥,存放时间不超过10个月。表1煤样的工业分析和元素分析工业分析元素分析0(C,d)0(S1d)1.524.6527.7947.560.974.241.3添加剂合成与制浆实验中,产物的单体配比、引发剂的用量、反应时间和温合成实验以TPEG,MAN和SMAS为原料,过硫度对合成结果有较大影响。酸钾为引发剂,在四口烧瓶中进行聚合反应。首先,为了获得最佳合成结果,将分散剂的制浆效果将一定量的TPEG在250mL的烧杯中溶于水配成溶作为考察目标,选取反应时间、单体配比(n(TPFG)液,倒入四口烧瓶中,取1号烧杯称量好MAN与n(MAN)、反应温度、SMAS配比(n(TPEG)SMAS,加适量的水溶解,取2号烧杯称量过硫酸钾并n(SMAS)、引发剂质量分数为考察因子进行正交加适量的水溶解,将装有TPEG的四口烧瓶置于水浴实验,并确定各因素的4个水平。表2为共聚正交锅中用搅拌器进行搅动,同时将水浴锅升温,升到所实验因子水平表需温度时,分别开始滴加过硫酸钾溶液与MAN,表2共聚正交实验因子水平表SMAS小单体的溶液。反应一定时间后,保温1h,取水单体MAs引发剂质量温度/时间出产品冷却至室温,再向产物中滴加配制好的质量平配比分数/%分数为25%的NaOH溶液调整产品pH值在9-1111.0:.810.2838范围内。所得的橙色透明液体即为聚羧酸系分散剂。21.0:2.01:0.304.031.0:2.21:0.324.28560制浆实验:采用干法制浆,使用XS-4C型水煤41.02.410.44.4浆黏度计测定水煤浆的表观黏度,在测定水煤浆黏度过程中使用控温仪恒定温度,以水煤浆的黏度2.2正交表的选取与表头设计评价不同合成条件下的分散剂性能;水煤浆的黏度实验中选取5个因素,每个因素均为四水平,故为剪切速率100s下的黏度4选用L1(4°)的正交表。表3为共聚正交实验表头设计。2正交设计表3共聚正交实验表头设计列号C2.1正交实验因子及因子水平的选取水煤浆分散剂的合成反应是在一定的温度下因素单体配比SMAS配比引发剂质量分数温度时间以TPEC,SMAS与MAN为原料,在引发剂的引发下3实验结果与分析进行溶液聚合反应。经过大量的单因素实验和查阅相关文献发现,在合成聚羧酸系水煤浆分散剂以水煤浆的黏度为指标,考察所选取的5个因素86洁净煤技术》2013年第19卷第2期煤炭燃烧中国科技核心期刊矿业类核心期刊对水煤浆黏度的显著性影响。表4为实验安排与结较大;因素B,C波动较小,对表观黏度的影响不明显。果。表5为以表观黏度为结果的方差分析。图1为通过分析确定各因素的最优水平即其最佳试验条件各个因素不同水平对表观黏度值的影响及影响程度。为A4B3C2D2E2,其单体配比(n(TPEG)n(MAN)表4共聚正交实验结果为1:2.4,SMAS配比(n(TPEG):n(SMAS))为E1:0.32,引发剂质量分数为4%,温度为80℃,反应序表观黏度时间40min。号单体 SMAS引发剂质量温度/反应时(mPas)配比配比分数/%℃间/min4结语11.0:1.81:0.283.821.0:1.81:0.30356.3首次将TPEG作为制备水煤浆分散剂的大单体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浆分散剂,合成过程表51.0:2.01:0.288580387.8明采用含有不饱和双键的TPEG为大单体直接参与61.0:2.01:0.303.89060419.04.440346.0自由基聚合反应,其合成过程简单,操作便捷,合成8102.010.344.28020362.5条件易于控制,在一定程度上降低了合成时间。同91.0:2.21:0.28418.2时,实验结果显示,采用TPEG为大单体所合成的水40l.71!11.0210.323880803882煤浆分散剂降黏效果好,水煤浆黏度普遍较低。121.0:2.21:0.4.07560377.0131.0:2.4I:0.2853.0参考文献141.0:2.41:0.304.27580390.3151.0:2.41:0.324.0201.0[1]郭照冰,吴国光水煤浆添加剂的研究现状与发展趋161.0:2.41:0.343.8势[J].洁净煤技术,2001,7(1):32-34.表5以表观黏度为实验结果的方差分析[2]吴晓华,朱书全,王奇,等.聚羧酸系水煤浆添加剂的合成研究[J].洁净煤技术,2007,13(1):40-43实验指标表观黏度[3]张现林刘建秋付翠彦,等造纸黑液制备水煤浆添加剂因素单体SMAS引发剂反应温度配比配比质量分数的性能研究[JJ.洁净煤技术,2009,15(4):87-90时间[4]谢欣馨戴爱军,杜彦学水煤浆分散剂的发展动向均值1387.150384.750388875373.325386.300[J].煤炭加工与综合利用,2010(2):43-46均值3396275379.675388625385.325383.125[5]宋瑛朱银惠张素青等高效水煤浆分散剂—聚天冬均值4378.150384.150382.375416.75398.775氨酸的研制[J].洁净煤技术,2006,12(2):52-53极差18.12512.1508.35051.75026.575偏差平方和867.045302.725220.13061777351435.025[6]李少冰HNF系列水煤浆添加剂的应用[冂].洁净煤技自由度术,2002,8(3):19-210.482016801223.4310.77[7]茅晔辉,朱书全,吴晓华等聚羧酸系水煤浆分散剂的合F临界值3.2903.2903.2903.2903.290显著性成试验[J].煤炭加工与综合利用,2009(1):44-48[8]吴晓华,朱书全,茅晔辉,等聚羧酸系列水煤浆添加420A平D剂的合成及性能研究[J].选煤技术,2007(4):37-40[9]张安琪张光华,任军哲,等新型聚醚类水煤浆分散剂的合成与性能研究[J].煤炭科学技术,2011,39e a od(7):116-119[10]吕智英,胡晓波高效减水剂的改性研究综述[J].混凝水平数[11]张光华,魏辉,费菲,等,马来酸型聚羧酸水煤浆分散剂的合成研究[门].选煤技术,2010(6):5-8图1不同因素水平对表观黏度的影响[12]任军哲魏辉张光华等一种新型水煤浆聚羧酸分散由表5,图1可以看出各个因素不同水平对水剂大单体的制备[J].应用化工,2011,40(3):4l-413煤浆表观黏度的影响并没有固定的趋势,说明在5个[13]朱雪丹,张光华聚羧酸系分散剂合成单体对水煤浆性因素间存在着交互作用;在所选水平范围内,可以看能的影响[J].煤炭科学技术,2010,38(7):122-125出因素D的波动最大,说明温度对表观黏度的影响[14]茅晔辉朱书全,吴晓华等聚羧酸系水煤浆分散剂的最为显著;其次是因素E,反应时间对表观黏度的影响试验研究[J].煤炭科学技术,2008,36(12):90-93潘晓懿等:聚羧酸系水煤浆分散剂合成的影响因素