水煤浆技术是20世纪70年代在国外迅速发展起来的一种新型煤基流体燃料,具有原料储量丰富、环境友好、经济高效的优点,成为解决能源危机与环境问题的新型技术。为便于其运输、储存和燃烧,水煤浆需具有较高的浓度和良好的流动性及分散稳定性。水煤浆分散剂是影响水煤浆性能的关键因素之一,适宜的分散剂能改变煤粒表面性质,制备出性能优良的水煤浆。水煤浆分散剂的主体官能团、分子量及磺化度是影响其分散降粘能力的重要因素。目前,磺酸盐系水煤浆分散剂在水煤浆添加剂中占有相当大的比例,因此,深入研究其分子量及磺化度与水煤浆浆体各性质之间的匹配规律对水煤浆分散剂的研发和应用具有重要的理论和实际意义。 本论文采用磺化缩聚法制备出一系列不同分子量和不同磺化度的改性木质素磺酸钠GCL3S和脂肪族磺酸盐SAF水煤浆分散剂,分别研究了其对难制浆煤种神华煤和易制浆煤种兖州煤水煤浆的粘度、流变行为及稳定性能的影响,同时与聚次甲基萘磺酸钠FDN作对比。 实验首先研究了GCL3S和SAF的分子量对水煤浆制浆性能的影响,发现适宜的分子量有利于提高其分散降粘能力,且均明显优于FDN的。采用Herschel-Bulkley模型对水煤浆浆体的流变曲线进行拟合,发现浆体都呈轻微的胀塑性；分子量过高或过低都会增加神华煤及兖州煤水煤浆浆体的稠度系数。随着GCL3S分子量的增加,其神华煤水煤浆浆体的屈服值降低,流动行为指数增大；其兖州煤水煤浆浆体的屈服值降低,流动行为指数先增后降。掺较高分子量的SAF的水煤浆浆体的屈服值较小。采用TURBISCAN Lab Expert分散稳定仪通过浆体的析水层厚度和分散稳定指数来表征水煤浆的静态稳定性发现,随着GCL3S分子量的增加,其神华煤水煤浆浆体的析水量减少,分散稳定指数增加：其兖州煤水煤浆的析水量和分散稳定指数随着GCL3S分子量的增加先降后增,当Mw为31800时,浆体析水量最少,分散稳定指数最小,稍高于FDN的。随着SAF分子量的增加,浆体的析水量先减后增；分散稳定指数先增后降,当Mw为31800时,浆体的分散稳定指数与FDN相当。 通过对不同磺化度的GCL3S和SAF的制浆性能研究发现,较高磺化度(1.89mmol/g)的GCL3S和适宜磺化度(1.64mmol/g)的SAF的分散降粘性能较优。随着GCL3S磺化度的增加,水煤浆的屈服值和流动行为指数先增后降,磺化度过高或过低都会增加浆体的稠度系数。对于兖州煤水煤浆,GCL3S的磺化度对其流变性影响规律同对神华煤水煤浆的一致。但GCL3S的磺化度对兖州煤水煤浆的析水层的影响较对神华煤水煤浆的显著。随着GCL3S磺化度的增加,神华煤水煤浆和兖州煤水煤浆浆体的分散稳定指数先增后降；当磺化度为2.06mmol/g时,兖州煤水煤浆的分散稳定指数最小。SAF对神华煤制浆,随着SAF磺化度的增加,浆体的屈服值降低,流动行为指数先降后增；而浆体的稠度系数随着SAF磺化度的增加先增后降。磺化度较高时,析水较少；且随着SAF磺化度的增加,浆体的分散稳定指数增加。在此研究基础上,本论文采用磺化缩聚法对封开造纸黑液改性制备出了高效的水煤浆分散剂GXHY,研究了磺化剂用量和甲醛用量对其制浆性能的影响。结果显示,每100g黑液,较适宜的磺化剂用量为57g和37％的甲醛用量为125g,制备的产品GXHY6分散降粘性能明显优于FDN的。同等条件下,掺GXHY6的水煤浆的表观粘度可以比掺FDN的浆体的低185mPa·s：且浆体呈屈服假塑性,屈服值和稠度系数较低；浆体静态稳定性较好。 IR谱图分析表明,GXHY6的光谱上官能团区有甲基峰出现；在1642cm-1处出现较强的羰基吸收峰,在1187cm-1和1043cm-1处的磺酸基的特征吸收峰也明显增强,这说明其分子上被引入了较多的亲水基团。GPC测试结果表明,GXHY6的重均相对分子量为30000左右的制浆性能较好。表面张力测试结果表明,GXHY6能够显著降低水的表面张力,在质量浓度为34％时表面张力达到39mN/m。实验还研究了高聚物对水煤浆静态稳定性的影响发现,羧甲基纤维素钠能显著提高掺FDN的浆体的静态稳定性,但对掺GXHY6的浆体的静态稳定性影响较小；而可溶淀粉能够显著提高掺GXHY6的水煤浆的静态稳定性。