文档介绍：复合型水煤浆添加剂的合成与性能研究
戴财胜杨红波
(湖南科技大学)

摘要:探讨了以碱木质素为主要原料合成水煤浆添加剂的原理。采用在引发剂的作用
下,对木质素进行磺化缩聚改性,提高了此类添加剂的成浆性能,并通过正交设计实验法确
定了复合型水煤浆添加剂 DCS 的最佳合成工艺条件。不同煤种的成浆实验表明,DCS 除
具有萘系水煤浆添加剂的良好的分散性能外,还具有良好的稳定性能,是一种性能优良的复
合型水煤浆添加剂。DCS 添加剂可以提高水煤浆的成浆性能,降低其制浆成本,促进水煤
浆技术的推广与发展。
关键词:木质素水煤浆复合型水煤浆添加剂

水煤浆是一种煤基流体燃料,由 70%左右的煤炭、30%左右的水和少量的添加剂,经一
定的工艺过程制备而成。它既保持了煤炭原有的特性,又具有和石油一样的流动性和稳定性。
水煤浆添加剂是水煤浆制备中的关键技术之一,它直接影响水煤浆的性能和生产成本,因此
研发性价比优良的水煤浆添加剂是推广和应用水煤浆的重要任务。
木质素又称作木素,是自然界唯一能提供可再生芳基化合成物的非石化资源,它和纤维
素、半纤维素是构成植物骨架的主要成分,其在陆地植物中的含量仅次于纤维素,每年产量
约 600 亿 t,是价格低廉,来源丰富的可再生资源。本文主要介绍以木质素为主要原料生产
复合型水煤浆添加剂( DCS) 的原理和工艺,并探讨了 DCS 在水煤浆制备中的分散性能和水
煤浆的稳定性能。
1 DCS 的合成 cwm
合成原理
碱木质素存在于烧碱法或硫酸盐制浆法的废液中,经强碱处理的天然木质素大分子醚键
断裂,生成较小的分子。与天然木质素相比,碱木质素具有平均分子量较低、有明显的多分
散性、酚羟基和甲氧基含量较高、醇羟基含量较低等特点。碱木质素分子中含有芳香环和
C3 脂肪链组成 C9 的单元疏水骨架和羟基及少量羧基,但是缺乏强亲水性官能团,水溶性
差,表面活性低。而对木质素进行磺化是一种较好的改变其表面性能的方法。若以 Na2SO3 为
磺化剂,在较高的温度下,在其侧链引入磺酸基,反应如下:

2-
SO3 和 C=O 在低温下就可使碱木质素磺甲基化。木质素的磺甲基化选择性发生在酚羟基
1
的邻位,侧链不发生反应:

为了提高碱木质素的磺化率,可采用引发剂先行诱导,反应原理如下:

木质素磺酸钠与甲醛缩聚反应,生成高分子量的水煤浆添加剂,其反应机理是:

合成工艺
合成原料
碱木素( 木质素的质量分数 45%~48%,pH 值 8~9) 、磺化剂 A、引发剂 B、聚合剂 C。
实验装置 cwm
实验仪器: 三口烧瓶、温度计、HB-2 型水浴锅、JJ-1 型电动搅拌装置、电子天平、
分液漏斗、移液管。实验装置示意图如图 1 所示。

图 1 DCS 合成实验装置示意图
工艺条件
2
通过正交设计实验和煤的成浆性实验,确定了由碱木质素制复合型水煤浆添加剂的最佳
工艺条件为:每千克碱木质素加入磺化剂 A 200g,引发剂 B 50g,在温度 T1 下反应 t1 h,
然后与聚合剂 C 100g 在温度 T2 下反应 t2 h