利用焦化废水制备水煤浆的成浆机理研究

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利用焦化废水代替清水制备水煤浆(CWS),能够解决焦化废水的环境污染问题并将其资源化利用,经济优势和环保优势明显,焦化废水水煤浆(CWCS)可作为燃烧和气化的液体燃料。掌握CWCS的成浆特性对于其工业应用至关重要,而添加剂在煤表面的吸附特性以及煤表面特性对浆体的成浆特性有极大的影响。通过研究CWCS的最大成浆浓度、流变性、稳定性等综合成浆特性,从宏观上掌握焦化废水制水煤浆的成浆性能,获悉焦化废水内含物质中能起到促进水煤浆成浆和稳定的有效成分。通过考察焦化废水各项内含物质对煤水表面特性的影响规律,获悉CWCS的成浆机理,为CWCS技术的规模化推广应用提供重要的理论支撑。本文测定了添加剂在煤表面的吸附量和煤水表面特性,利用准一级速率、准二级速率和颗粒内扩散模型对添加剂吸附量数据进行拟合,获得吸附动力学特性,并考察了焦化废水内含组分(包括酚、氨氮、金属离子等)对上述特性的影响规律,进而分析了焦化废水内含组分对CWCS成浆特性的作用机制。结果表明,吸附过程遵循准二级动力学方程,并通过液膜扩散、表面吸附和颗粒内扩散进行动力学控制。对于二级吸附速率k2来说,废水中不同的成分对吸附速率有不同的影响,或增加或减小k2的值,但它们对k2的影响趋势与对qe的影响趋势并不一致。这可能是由于二级动力学模型较适合模拟单组分吸附情况,无法考虑多组分的竞争,而废水中各组分和添加剂存在竞争吸附关系。当添加剂初始浓度为1000 mg·L-1时,与去离子水环境相比,含酚水环境中添加剂在煤上的吸附量降低。这是由于酚类物质与添加剂在煤表面存在竞争吸附的现象,但因为其具有类似添加剂的结构特征,疏水端吸附于煤表面,能够增强煤颗粒表面的润湿性,使煤颗粒表面形成水化膜,降低煤颗粒间的聚合倾向,改善成浆性。当添加剂初始浓度为160 mg·L-1时,与去离子水环境相比,含酚水环境中添加剂在煤上的吸附量增加。这可能是由于添加剂浓度较低时,其在煤表面的吸附方式与高浓度条件不同,添加剂与酚类在向煤表面吸附的过程中产生了相互促进作用。阳离子吸附于煤表面后减弱了煤的负电性即减小了煤颗粒间的静电斥力,同时水分子通过离子键合作用吸附于煤表面引起水化膜过厚,煤水系统内自由水含量降低,不利于水煤浆的成浆。与普通水煤浆相比,CWCS最大成浆浓度提高了0.8个百分点,可见在综合焦化废水组分不同的作用后,利用焦化废水制浆表现出了较好的成浆特性。
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