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作为一种极具发展潜力的清洁燃料,水焦浆的研究不仅可以缓解石油供需紧张,也可有效整合兰炭资源,降低环境污染。论文通过兰炭改性、粒度级配优化及新型分散剂的制备等途径,旨在寻求一条系统完整的高性能水焦浆制备工艺。 分别采用微波辐射、臭氧氧化及偶联剂包覆等方法,对兰炭粉进行改性制浆,借助扫描电镜、低温氮吸附和红外对改性兰炭的结构进行表征。结果表明,改性后的兰炭粉孔结构及表面含氧官能团均得到改善,最佳改性条件分别为:微波功率和时间为425W、50s,臭氧处理时间为90min,KH550型偶联剂用量为1.5%。当浆体浓度为55%时,粘度可从改性前的424.8mPa?s分别降到407.7mPa?s、383.8mPa?s、415.7mPa?s。进一步以德士古气化工艺级配为基准,研究粒度级配对浆体性能的影响,得出最佳粒度级配为-20目占100.0%、-40目占91.4%、-120目占46.1%、-200目占38.6%、-325目占30.0%。 以衣康酸和聚醇为原料,得到酯化大单体IA-PEG,将其与甲基丙烯磺酸钠、马来酸酐共聚,合成新型衣康酸型水焦浆专用分散剂(IA-PEG)-MAN-SMAS。通过红外、表面张力、Zeta电位、热重、凝胶渗透色谱等手段对合成产物的结构进行表征,并将其与腐植酸钠、萘磺酸甲醛缩聚物、木质素磺酸钠进行性能对比。结果表明,自制分散剂中含有聚醇支链、磺酸基及羧基等官能团,与设计的产物结构一致,且组分单一、热稳定性良好,既能让水的表面张力降到45.50mN/m,也可使兰炭粉表面 Zeta电位由-13.38mV降为-25mV,有利于制备高性能浆体。与市售分散剂相比,自制分散剂的流动性与稳定性相对更优。当分散剂用量为0.2%时,腐植酸钠的最高成浆浓度仅能到61%,而自制分散剂能达到63%,且对环境影响很小。 结合微波改性及最佳粒度级配指标,配以0.2%的自制分散剂,可使水焦浆的最高成浆浓度可达63.5%,进一步对水焦浆流变性能进行研究。结果表明,浆体的粘度随着剪切速率的增大而降低,呈现出“剪切变稀”的现象。根据幂律流体数学模型得出剪切速率与剪切应力的关系为y=2.0572x0.8427。其中,流态系数n为0.8472<1。由此判断,水焦浆属假塑性流体。