CN104152195B - 一种两性腐植酸盐水煤浆分散剂及其制备与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种两性腐殖酸系水煤浆分散剂的制备方法，其步骤如下：通过腐殖酸与甲醛和磺化剂反应制备磺甲基化腐殖酸；再将磺甲基化腐殖酸进一步与阳离子醚化剂发生阳离子化反应，最后滴加交联剂进行交联反应得到一种新型两性腐殖酸水煤浆分散剂；本发明制备水煤浆分散剂的方法包括磺甲基化、阳离子化以及交联反应三步，在腐植酸的基体上引入阴、阳离子基团，又增大了其分散剂的相对分子质量；这种新型分散剂在使用中可有效降低水煤浆表观粘度，还可明显提高水煤浆的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于水煤浆分散剂技术领域，特别涉及一种两性腐植酸系水煤浆分散剂及其制备与应用。
背景技术
水煤浆是一种以煤代油的新型液体燃料，一般由70％左右的煤炭、30％左右的水及1％左右的分散剂经过混合、均匀分散而形成的一种稳定的固液体系，它不仅保留了原有煤炭的可燃性和还原性等属性，又具有像石油一样的流动性和稳定性，便于管道输送、具有燃烧效率高、污染排放低和成本低等优势。
目前常使用的传统分散剂主要有萘磺酸缩合物和木质素磺酸盐类，分别在分散性、稳定性以及价格成本等方面不理想。而腐植酸是一种与煤炭结构具有相似性的来源广泛的天然表面活性物质，其分子结构中含有羧基、酚羟基、羰基等多种活性官能团，与煤颗粒表面具有良好的吸附性能，反应活性较高。根据以往的研究结果发现腐植酸盐作为水煤浆分散剂时存在分散性好而亲水性和稳定性较差的问题，导致在水煤浆制备中使用时必须配用一定量的稳定剂。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种两性腐植酸系水煤浆分散剂及其制备与应用，得到的分散剂具有分散效果好、稳定性好、成本低廉的特点，可用于制备各种高浓度水煤浆。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种两性腐植酸盐水煤浆分散剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)向反应器中加入50质量份腐殖酸盐和100～150质量份水，室温搅拌溶解后，用氢氧化钠调节pH到10-11之间，然后加入10～20质量份甲醛和10～15质量份磺化剂，搅拌升温到60-80℃，反应3-4h后降至室温。
(2)取相对于腐植酸盐质量的3～8％的阳离子醚化剂，用适量水溶解后，加入到步骤(1)反应器中，搅拌反应1-2h；再一次性加入相对于腐植酸盐质量3-8％的交联剂，继续搅拌反应2-3小时，喷雾干燥得到一种新型两性腐植酸盐水煤浆分散剂粉末。
所述腐植酸盐为腐植酸钠、腐植酸钾或腐植酸铵。
所述磺化剂为亚硫酸氢钠或亚硫酸钠。
所述阳离子醚化剂为3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵，所述交联剂为乙二醛、戊二醛或环氧氯丙烷，所述甲醛的有效含量为37％。
根据所述方法制备出的两性腐植酸盐水煤浆分散剂可用于制备各种高浓度水煤浆。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.在腐植酸基体上引入了亲水性基团磺酸基，因腐植酸的酚羟基易发生醚化反应，与阳离子醚化剂反应可引入季铵阳离子，使腐植酸具备阴、阳两性特性，分散剂与煤表面的相互作用方式由单一的氢键吸附变为氢键吸附和静电吸附的双重作用，让煤粒均匀的分散在水中，降低水煤浆的表观粘度并提高其稳定性。
2.在保持分散剂两性特性的前提下，通过交联剂进行分子间交联反应，增大腐植酸的相对分子质量，使其链状结构变长，吸附在煤粒表面，具有一定的空间位阻效应，从而起到分散作用，提高其稳定性。
3.所用原料来源广泛、价格低廉，且所需分散剂添加量较少，可以应用于我国水煤浆产业的工业化生产。
4.制备水煤浆分散剂的方法包括磺甲基化、阳离子化以及交联反应三步，在腐植酸的基体上引入阴、阳离子基团，又增大了其分散剂的相对分子质量；增大了其腐植酸分散剂分子在煤炭颗粒表面的吸附作用，从而使这种新型分散剂用于水煤浆的制备时不但可有效降低水煤浆的表观粘度，而且还可明显提高水煤浆的稳定性。
具体实施方式
下面结合实施例详细说明本发明的实施方式。
实施例1
(1)往装有50kg腐殖酸钠反应器中，加入150kg水，室温搅拌溶解后，用氢氧化钠调节pH到10，然后加入20kg甲醛和10kg磺化剂亚硫酸氢钠，搅拌升温到80℃，反应4小时后降至室温。
(2)取相对于腐植酸钠质量的8％的阳离子醚化剂3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵，用适量的水溶解后，加入到步骤(1)反应器中，搅拌反应2小时；再一次性加入相对于腐植酸钠质量3％的戊二醛，继续搅拌反应2小时，喷雾干燥得到一种新型两性腐植酸盐水煤浆分散剂粉末。
实施例2
(1)往装有50kg腐殖酸钾反应器中，加入100kg水，室温搅拌溶解后，用氢氧化钠调节pH到11，然后加入10kg甲醛和10kg份磺化剂亚硫酸氢钠，搅拌升温到70℃，反应3小时后降至室温。
(2)取相对于腐植酸钾质量的6％的阳离子醚化剂3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵，用适量的水溶解后，加入到步骤(1)反应器中，搅拌反应2小时；再一次性加入相对于腐植酸钾质量4％的环氧氯丙烷，继续搅拌反应3小时，喷雾干燥得到一种新型两性腐植酸盐水煤浆分散剂粉末。
实施例3
(1)往装有50质量份腐殖酸铵反应器中，加入130kg水，室温搅拌溶解后，用氢氧化钠调节pH到10，然后加入20kg甲醛和15kg磺化剂亚硫酸钠，搅拌升温到65℃，反应3小时后降至室温。
(2)取相对于腐植酸铵质量的5％的阳离子醚化剂3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵，用适量的水溶解后，加入到步骤(1)反应器中，搅拌反应1.5小时；再一次性加入相对于腐植酸铵质量3％的乙二醛，继续搅拌反应3小时，喷雾干燥得到一种新型两性腐植酸盐水煤浆分散剂粉末。
实施例4
(1)往装有50质量份腐殖酸钠反应器中，加入100kg水，室温搅拌溶解后，用氢氧化钠调节pH到11，然后加入15kg甲醛和20kg磺化剂亚硫酸钠，搅拌升温到70℃，反应3小时后降至室温。
(2)取相对于腐植酸钠质量的3％的阳离子醚化剂3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵，用适量的水溶解后，加入到步骤(1)反应器中，搅拌反应1小时；再一次性加入相对于腐植酸钠质量8％的环氧氯丙烷，继续搅拌反应2小时，喷雾干燥得到一种新型两性腐植酸盐水煤浆分散剂粉末。
应用效果比较：选用陕西彬长煤为研究对象，通过破碎、磨矿、筛选和级配，搅拌均匀后制得相同浓度的水煤浆(质量分数65％)500g，煤的粒径级配：0.840～0.420mm占8％、0.420～0.124mm占42％、0.124～0.074mm占7％、0.074～0.063mm占8％、0.063mm以下占35％。分散剂加入量为0.3％(占干基煤wt％)，发明实施的分散剂对彬长煤的制浆性能测试结果如下表1所示，由表1可以看出，本专利申请所述一种两性腐植酸聚合物水煤浆分散剂在24h、48h、7天、14天的稳定性优于磺甲基化腐殖酸钠，阳离子单体的引入可以有效的提高水煤浆的稳定性。
表1各实施例产品的成浆性能比较
Claims (4)
1.一种两性腐植酸盐水煤浆分散剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)向反应器中加入50质量份腐殖酸盐和100～150质量份水，室温搅拌溶解后，用氢氧化钠调节pH到10-11之间，然后加入10～20质量份甲醛和10～15质量份磺化剂，搅拌升温到60-80℃，反应3-4h后降至室温；
(2)取相对于腐植酸盐质量的3～8％的阳离子醚化剂，用适量水溶解后，加入到步骤(1)反应器中，搅拌反应1-2h；再一次性加入相对于腐植酸盐质量3-8％的交联剂，继续搅拌反应2-3小时，喷雾干燥得到一种新型两性腐植酸盐水煤浆分散剂粉末；
所述磺化剂为亚硫酸氢钠或亚硫酸钠；
所述阳离子醚化剂为3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵；
所述交联剂为乙二醛、戊二醛或环氧氯丙烷。
2.根据权利要求1所述两性腐植酸盐水煤浆分散剂的制备方法，其特征在于，所述腐植酸盐为腐植酸钠、腐植酸钾或腐植酸铵。
3.根据权利要求1所述方法制备出的两性腐植酸盐水煤浆分散剂。
4.根据权利要求1所述方法制备出的两性腐植酸盐水煤浆分散剂用于制备高浓度水煤浆的用途。
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