CN102911313B

CN102911313B - 一种阴离子磺酸盐型水煤浆分散剂的制备方法

Info

Publication number: CN102911313B
Application number: CN201210288549.6A
Authority: CN
Inventors: 米小慧; 李小瑞; 牛育华; 李培枝; 王晨; 樊智良
Original assignee: Shaanxi University of Science and Technology
Current assignee: Shaanxi University of Science and Technology
Priority date: 2012-08-14
Filing date: 2012-08-14
Publication date: 2014-08-27
Anticipated expiration: 2032-08-14
Also published as: CN102911313A

Abstract

本发明公开了一种阴离子磺酸盐型水煤浆分散剂的制备方法，以阴离子单体与磺酸盐单体为反应单体，在引发剂、链转移剂作用下，通过自由基聚合制备了一种三元共聚物，采用本发明的制备方法得到分散剂可以使固含量60-70%的水煤浆具有优良的分散作用和稳定作用，该分散剂适用于多种煤种，特别是煤质较差的煤种制浆。

Description

一种阴离子磺酸盐型水煤浆分散剂的制备方法

技术领域

本发明涉及水煤浆添加剂制备领域，具体涉及一种阴离子磺酸盐型水煤浆分散剂的制备方法。

背景技术

水煤浆是一种新型低污染代油燃料，通过物理方法使高固含量煤粉颗粒分散于水中从而转变成流体燃料。水煤浆技术作为一种经济、清洁、高效的煤炭利用技术，在我国得到大力发展，具有经济、环保、节能的特点，且由于其既具有成本低，又具有石油一样的流动性和稳定性，还具有方便输送和利用的特点，受到世界各国的广泛关注。水煤浆分散剂是一种在分子内同时具有亲油性和亲水性两种相反性质的界面活性剂，即“两亲结构”的乳化剂。在分散过程中可形成双电层，使分散质带电荷，电性斥力作用防止了微粒团聚，形成了稳定的分散体系。

目前关于水煤浆分散剂的研究已有很多，工业应用的水煤浆分散剂主要有萘系、腐植酸系、木质素系、聚羧酸系等产品，其中萘系分散剂与腐植酸系分散剂共同的缺点是煤浆稳定性差，木质素磺酸盐系和聚羧酸系分散剂制得的煤浆流动性不好。

发明内容

本发明的目的在于提供一种阴离子磺酸盐型水煤浆分散剂的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

1）首先，将阴离子单体与磺酸盐单体混合后加水搅拌均匀制得固含量为20-40%的共聚物，共聚物中阴离子单体与磺酸盐单体的质量比为（6-15）∶（10-20）；

2）其次，向共聚物中加入链转移剂以及引发剂，然后搅拌均匀得混合物，链转移剂的加入量为阴离子单体与磺酸盐单体总质量的5-20%，引发剂的加入量为阴离子单体与磺酸盐单体总质量的0.1-1.0%；

3）最后，将混合物在80-90℃的水浴中反应4-5小时后冷却至室温，然后调节pH至9-10.5，得到阴离子磺酸盐型水煤浆分散剂。

所述磺酸盐单体为烯丙基磺酸钠或2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)。

所述阴离子单体为衣康酸(IA)、丙烯酸(AA)或甲基丙烯酸中任意两种的混合物。

所述阴离子单体为丙烯酸(AA)或甲基丙烯酸中的任意一种与衣康酸(IA)的混合物。

所述丙烯酸(AA)或甲基丙烯酸与衣康酸(IA)的质量比（5-10）∶（1-5）。

所述链转移剂为异丙醇或次亚磷酸钠。

所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾或氧化-还原引发体系。

所述氧化-还原引发体系为过硫酸铵-亚硫酸钠、过硫酸钾-亚硫酸钠、过硫酸钾-亚硫酸氢钠、过硫酸铵-硫代硫酸钠或过硫酸钾-硫代硫酸钠，其中氧化剂与还原剂的质量比为2∶1。

本发明的有益效果体现在：

本发明所制备得到的水煤浆分散剂引入的磺酸基是防止聚合物胶聚的活性基团，含磺酸基聚合物能抑制钙、镁垢，稳定有机膦，而且能有效分散粘泥和金属氧化物，不易结胶，是一类综合性能优越的聚合物分散剂；同时，磺酸基团的引入使化合物的很多性能发生显著变化，如水溶性增大，热稳定性增强及抗电解质能力增大等，而这些性能的改变对于水煤浆分散剂而言，可以在水煤浆分散剂加入量减少的情况下既可以降低水煤浆的黏度，又可以使高固含量的水煤浆具有好的流动性与稳定性。

进一步的，本发明制备得到的分散剂分子中含有羧酸类、磺酸类等多功能基团，共同发挥作用，提高了分散效果，且制备工艺简单，采用本发明的制备方法所得分散剂适用于多种煤种，特别是煤质较差的煤种制浆，对固含量60-70%的水煤浆具有优良的分散作用和稳定作用。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

1）首先，将丙烯酸(AA)、衣康酸(IA)以及2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)按照AA∶IA∶AMPS=5∶2∶10的质量比混合，然后加水搅拌均匀制得固含量为20%的三元共聚物；2）其次，以次亚磷酸钠为链转移剂，将链转移剂加入三元共聚物中，链转移剂的加入量为AA、IA以及AMPS总质量的5%；3）然后，向三元共聚物中再加入AA、IA以及AMPS总质量0.5%的引发剂，搅拌均匀得混合物，引发剂为过硫酸铵；4）最后，将混合物在80℃的水浴中反应4小时后冷却至室温，然后调节pH至9，得到阴离子磺酸盐型三元共聚物水煤浆分散剂。

实施例2

1）首先，将丙烯酸(AA)、衣康酸(IA)以及2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)按照AA∶IA∶AMPS=5∶2∶10的质量比混合，然后加水搅拌均匀制得固含量为40%的三元共聚物；2）其次，以次亚磷酸钠为链转移剂，将链转移剂加入三元共聚物中，链转移剂的加入量为AA、IA以及AMPS总质量的7%；3）然后，向三元共聚物中再加入AA、IA以及AMPS总质量0.7%的引发剂，搅拌均匀得混合物，引发剂为过硫酸钾；4）最后，将混合物在85℃的水浴中反应5小时后冷却至室温，然后调节pH至10，得到阴离子磺酸盐型三元共聚物水煤浆分散剂。

实施例3

1）首先，将丙烯酸(AA)、衣康酸(IA)以及2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)按照AA∶IA∶AMPS=5∶2∶10的质量比混合，然后加水搅拌均匀制得固含量为25%的三元共聚物；2）其次，以次亚磷酸钠为链转移剂，将链转移剂加入三元共聚物中，链转移剂的加入量为AA、IA以及AMPS总质量的15%；3）然后，向三元共聚物中再加入AA、IA以及AMPS总质量1.0%的引发剂，搅拌均匀得混合物，引发剂为过硫酸钾-亚硫酸钠，过硫酸钾∶亚硫酸钠的质量比=2∶1；4）最后，将混合物在90℃的水浴中反应4小时后冷却至室温，然后调节pH至10，得到阴离子磺酸盐型三元共聚物水煤浆分散剂。

实施例4

1）首先，将丙烯酸(AA)、衣康酸(IA)以及2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)按照AA∶IA∶AMPS=5∶2∶10的质量比混合，然后加水搅拌均匀制得固含量为30%的三元共聚物；2）其次，以次亚磷酸钠为链转移剂，将链转移剂加入三元共聚物中，链转移剂的加入量为AA、IA以及AMPS总质量的10%；3）然后，向三元共聚物中再加入AA、IA以及AMPS总质量0.9%的引发剂，搅拌均匀得混合物，引发剂为过硫酸铵；4）最后，将混合物在85℃的水浴中反应4小时后冷却至室温，然后调节pH至9，得到阴离子磺酸盐型三元共聚物水煤浆分散剂。

实施例5

1）首先，将丙烯酸(AA)、衣康酸(IA)以及2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)按照AA∶IA∶AMPS=5∶2∶10的质量比混合，然后加水搅拌均匀制得固含量为35%的三元共聚物；2）其次，以次亚磷酸钠为链转移剂，将链转移剂加入三元共聚物中，链转移剂的加入量为AA、IA以及AMPS总质量的20%；3）然后，向三元共聚物中再加入AA、IA以及AMPS总质量0.6%的引发剂，搅拌均匀得混合物，引发剂为过硫酸钾；4）最后，将混合物在80℃的水浴中反应5小时后冷却至室温，然后调节pH至10.5，得到阴离子磺酸盐型三元共聚物水煤浆分散剂。

实施例6

1）首先，将甲基丙烯酸、衣康酸(IA)以及2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)按照甲基丙烯酸∶IA∶AMPS=10∶1∶15的质量比混合，然后加水搅拌均匀制得固含量为20%的三元共聚物；2）其次，以异丙醇为链转移剂，将链转移剂加入三元共聚物中，链转移剂的加入量为甲基丙烯酸、IA以及AMPS总质量的5%；3）然后，向三元共聚物中再加入甲基丙烯酸、IA以及AMPS总质量0.1%的引发剂，搅拌均匀得混合物，引发剂为过硫酸钾-亚硫酸钠，过硫酸钾∶亚硫酸钠的质量比=2∶1；4）最后，将混合物在83℃的水浴中反应4.5小时后冷却至室温，然后调节pH至10.5，得到阴离子磺酸盐型三元共聚物水煤浆分散剂。

实施例7

1）首先，将丙烯酸(AA)、衣康酸(IA)以及烯丙基磺酸钠按照AA∶IA∶烯丙基磺酸钠=8∶5∶20的质量比混合，然后加水搅拌均匀制得固含量为40%的三元共聚物；2）其次，以异丙醇为链转移剂，将链转移剂加入三元共聚物中，链转移剂的加入量为AA、IA以及烯丙基磺酸钠总质量的20%；3）然后，向三元共聚物中再加入AA、IA以及烯丙基磺酸钠总质量1.0%的引发剂，搅拌均匀得混合物，引发剂为过硫酸钾-硫代硫酸钠，过硫酸钾∶硫代硫酸钠的质量比=2∶1；4）最后，将混合物在87℃的水浴中反应4.5小时后冷却至室温，然后调节pH至9，得到阴离子磺酸盐型三元共聚物水煤浆分散剂。

水煤浆制备:仪器为XM24型行星快速研磨机制备水煤浆，按照w(煤粉)：w(水)：w(分散剂)=60：29：0.5的比例在研磨罐中加入煤粉、分散剂和水；称量200g研磨球加入罐中，将研磨罐固定在行星球磨机上，以转速为500r/min研磨30min，取下研磨罐，倒入接收瓶中即得水煤浆。

表观黏度测试：采用NXS-4C型水煤浆黏度仪,在剪切速率100s^-1下预搅2min，静停2min，于室温下测定水煤浆表观黏度。

流动性：水煤浆流动性采取目测法，分为A、B、C、D等四个等级，每个等级的划分如下：A级为不间断流动；B为间断流动且呈稠流体；C为间断流动且呈稠糊状；D为不能流动。

稳定性测试：按照文献：茅晔辉,朱书全,吴晓华,周玲妹,宋金梅,史娜。煤炭加工与综合利用[J].2009(1):44-48.进行测试，具体内容如下：水煤浆的稳定性是指水煤浆在储存与运输过程中，保持其物性均匀能力的性质。本试验中，水煤浆的稳定性是将水煤浆试样密封静置保存7d后，观察上层有无析水，然后用玻璃棒测试其是否有沉淀及沉淀类型。稳定性按下述方法评定，特级：表层无析水，底部无沉淀；一级：表层有析水，底部有少许(不超过2mm)软沉淀，无硬沉淀；二级：表层有析水，底部软沉淀厚度小于5mm,但无硬沉淀；三级：表层有析水,底部软沉淀厚度大于5mm，无明显硬沉淀；四级(不合格)：表层有析水,底部有明显硬沉淀。

表1水煤浆的分散效果

DLVO理论认为颗粒稳定分散的先决条件是粒间的静电斥力超过颗粒间的范德华引力。离子型分散剂除能改善煤表面的亲水性外，还可以在水中离解，产生电荷。IA/AMPS/AA作为阴离子表面活性剂，吸附在煤粒表面，增大了煤粒的负电性，也就增强了煤粒表面的静电斥力，从而改善了水煤浆的稳定性与流动性能。

上述实施例中以丙烯酸(AA)或甲基丙烯酸、衣康酸(IA)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)或烯丙基磺酸钠为反应单体，通过自由基聚合制备了一种三元共聚物分散剂；共聚物分散剂分子中含有羧酸类、磺酸类等多功能基团，共同发挥作用，达到分散目的，且合成工艺简单，采用本发明的制备方法得到的分散剂对固含量60-70%的水煤浆具有优良的分散作用和稳定作用，该分散剂适用于多种煤种，特别是煤质较差的煤种制浆。

Claims

1.一种阴离子磺酸盐型水煤浆分散剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述一种阴离子磺酸盐型水煤浆分散剂的制备方法，其特征在于：所述磺酸盐单体为烯丙基磺酸钠或2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸。

3.根据权利要求1所述一种阴离子磺酸盐型水煤浆分散剂的制备方法，其特征在于：所述阴离子单体为衣康酸、丙烯酸或甲基丙烯酸中任意两种的混合物。

4.根据权利要求1所述一种阴离子磺酸盐型水煤浆分散剂的制备方法，其特征在于：所述阴离子单体为丙烯酸或甲基丙烯酸中的任意一种与衣康酸的混合物。

5.根据权利要求4所述一种阴离子磺酸盐型水煤浆分散剂的制备方法，其特征在于：所述丙烯酸或甲基丙烯酸与衣康酸的质量比（5-10）∶（1-5）。

6.根据权利要求1所述一种阴离子磺酸盐型水煤浆分散剂的制备方法，其特征在于：所述链转移剂为异丙醇或次亚磷酸钠。

7.根据权利要求1所述一种阴离子磺酸盐型水煤浆分散剂的制备方法，其特征在于：所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾或氧化-还原引发体系。

8.根据权利要求7所述一种阴离子磺酸盐型水煤浆分散剂的制备方法，其特征在于：所述氧化-还原引发体系为过硫酸铵-亚硫酸钠、过硫酸钾-亚硫酸钠、过硫酸钾-亚硫酸氢钠、过硫酸铵-硫代硫酸钠或过硫酸钾-硫代硫酸钠，其中氧化剂与还原剂的质量比为2∶1。