水煤浆制备中木质素表面活性剂的有效运用
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摘 要：借助硫酸盐木质素，经改性制备成水煤浆添加剂，利用FTIR光谱分析法，对产物的基本结构进行了全面分析，并分别指出了其对水煤浆流变性、煤粒固-液界面自由能及在煤粒表面的吸附性的影响。
关键词：水煤浆;木质素表面活性剂;水化膜
水煤漿（CWM）是一种较新型的浆体燃料，由于其能够代替重油，而且还比较环保，因而在诸多领域中得到广泛应用。近年，我国在研究CWM技术方面，已经得到较大进展，但要想从根本上满足现实所需，仍有不小的差距，不仅要完善与强化制浆工艺设备，还需研制更加高效且廉价的添加剂，以此达到降低CWM成本的目的，此乃推广、应用CWM的核心技术。本文将硫酸盐木质素当作基础原料，成功制备出与CWM应用相匹配、相适应的添加剂，且分析了其对水化膜等所具有的影响，望能最大化发挥出木质素的作用。
1 实验分析
1.1 试剂与仪器
MAC-400工业分析仪（美国LECO公司产）;CHN-6，SC-132元素分析仪（德国Haake公司产）;2000型Malvern Size激光粒度分析仪（英国Malvern仪器公司产）;MD60-2F电动搅拌器（杭州仪表电机厂）;750型FT-IR傅立叶变换红外光谱仪（美国尼高利仪器公司产）。
1.2 煤样及制备CWM
所选煤样的成浆性指标D是3.93，基于理论层面来讲，其制浆浓度最高为72.26%，处理煤样，并制备CWM，测定其浓度、稳定性、流变性等。
1.3 处理粗木质素
本次实验所选用的粗木质素均为市场售卖品。在实验开始前，对粗木质素进行预处理，方法：把粗木质素溶解在NaOH溶液当中（0.5mol·L-1），过滤后，将不溶性杂质去除，用H2SO4溶液（0.3mol·L-1）对滤液进行调节，使其pH值维持在2～3;沉淀木质素，重复上述操作，最后分离沉淀得到的木质素，水洗，使其呈中性，并进行干燥与粉碎处理，最终便可得到硫酸盐木质素（ML）。
1.4 对硫酸盐木质素进行化学改性
于准确计量下，在碱性水溶液当中，将2～3瓶ML加入其中，然后再加入HCHO、Na2SO3，对其pH值进行调节，使之维持在11～13，于持续搅拌作用下，使水浴升温，温度维持在55～95℃，反应时间控制在2～3h，结束反应后，利用乙醇实施沉淀、分离即提纯等操作;最后把合成的样品实施真空干燥处理，最终变得获得ML的改性产物（GX）。
2 结果与讨论
2.1 FTIR分析
借助FTIR光谱分析仪，分析GX、ML的结构，最终结果得知：二者之间最大的不同在于，GX于977.75cm-1位置处，有一强吸收峰，而对于ML来讲，却没有，其实为S与O原子或者是C与S原子间基团与键的振动表现。借助红外光谱工具，选取自C7至C10当中包含S、C、H等元素含苯环的20多种化合物，其均含有不同量的SO32-基团，此类化合物的红外光谱区间为850～1050cm-1，在此期间内，能够比较准确的将SO32-基团的特征吸收给反映出来，相似于GX，表明SO32-也同样存在于GX分子结构当中，ML被改性，因而提高了GX的亲水性。
2.2 煤粒固—液界面自由能与煤粒表面的吸附
在CWM当中，煤粒的粒径大多<50μm，而1g煤粒的表面积达0.7m2，如此大的相界面，会形成比较强烈的界面自由能，非常容易出现团聚结构，将原本有限的水置于结构当中的既定空间内，增高体系黏度，并且还有着较差的流动性;而将分散剂加入，则能达到改变煤的表面性能的目的，有助于煤粒表面相应亲水性的提升，对团聚结构形成破坏，游离出水，静滴浆体黏度。因此，将添加剂加入CWM中，能吸附在固-液界面，改变界面状态，最终对界面性质造成影响。
2.3 制浆结果
伴随添加剂实际用量的不断增加，CWM黏度呈现逐渐降低的趋向;尽管如果将GX加入量控制在2%时，可获得最佳值，但当采用GX当作添加剂时，其与选煤种共同进行CWM的制备，GX的量需要控制在1.4%，此时，可获得较好的浆体性能，如果添加量>1.4%，那么此时会有并不明显的变化趋势。为了实现CWM成本的最大程度降低，将添加剂用量控制在1.4%，且于25℃下，开展围绕增加浓度的制浆实验，通过系统优化后，浆液的最高浓度能够达到67%，另外，对其进行密封保存，在20天内没有出现硬沉淀情况。
3 讨论
综上，通过系统化处理硫酸盐木质素，并对其进行改性，形成阴离子型表面活性剂，此乃实现分散的重要前提;针对GX表面活性剂来讲，其吸附于煤粒的表面，受此影响，固—液界面自由能出现了不同程度降低，此外，还降低了颗粒间的聚集力。将GX将入到CWM当中，能够使煤粒表面水化膜厚度得到相应降低，并使游离水的量合理性增加;在此背景下，CWM体系的黏度或大幅降低，流动性得到改善，但需要指出的是，如果加入的量过大，那么会造成相反的结果;因此，需要根据实际情况，合理明确加入量，从中得到质量更高的水煤浆。
参考文献：
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