分散剂表面吸附特性和相关电化学性质对煤浆分散体系流变特性…

采用１７种不同变质程度的中国煤，详细研究了一种阴离子型分散剂在煤表面的吸附特性及其相关的表面电化学性质对煤成浆性及浆体流变特性的影响。结果表明，煤成浆性及浆体流变性并不单独取决于煤对分散剂的吸附量和煤表面动电位的大小。     

分散剂分子结构特征译煤浆流变特性的影响

系统考察了具有不同分子结构特片系列分散剂对高浓度煤浆性质的影响，发现煤的在浆性、浆体的流变特性和稳定化作用与分散剂的分子结构特征密切相关。及本所研究涉及的分散剂种类和煤种而言分散剂单体结构中多核芳烃结构所占比例较小时易于使浆体呈屈服塑性，相反，则使浆体呈屈服胀塑性。分散剂单体的侧链结构对煤成浆性和交体流变性的影响不很突出，而分散剂的第二单体结构的影响却非常显著，结果还同时分散剂的性能是导致浆体呈屈     

分散剂分子结构特征对煤浆流变特性的影响

系统考察了具有不同分子结构特片系列分散剂对高浓度煤浆性质的影响。发现煤的成浆性、浆体的流变特性和稳定化作用与分散剂的分子结构特征密切相关。就本研究所涉及的分散剂种类和煤种而言，分散剂单体结构中多核芳烃结构所占比例较小时易于使浆体呈屈服假塑性，相反，则使浆体呈屈服胀塑性。分散剂单体的侧链结构对煤成浆性和浆体流变性的影响不很突出，而分散剂的第二单体结构的影响却非常显著。结果还同时表明，分散剂的高分散性能是导致浆体呈屈服胀塑性流体和弱化浆体稳定化作用的重要因素。     

低温热改质煤表面性质变化及其对浆体流变特性的影响

考察了几种褐煤热改质过程中表面性质的变化及其对浆体流变特性的影响。研究发现，在２００～３００℃温度范围内，热改质煤表面产生显著的收缩作用，活性含氧官能团尤其是羟基官能团的分解使煤表面疏水化作用显著增强，从而使煤的吸水性大幅度降低。上述煤表面性质的变化是该温度范围内热改质煤成浆性得以大幅度提高的主要原因。相关微分分析进一步表明，煤表面羧基官能团和与之相关的煤的吸水性是制约煤成浆性尤其是低阶煤成浆性的首要因素，而未发现酚羟基官能团能产生重要的影响。对浆体流变特性的研究表明，浆体的屈服假塑性与煤表面活性含氧官能团和矿物质的含量有关，煤表面较高的亲水性有利于浆体屈服假塑性的改善，从而使其对浆体性质的影响具有双重性。     

新疆褐煤疏水改性提高其成浆性能

针对新疆褐煤具有较高内水的问题,制备了阴离子AKD改性剂和非离子AKD改性剂,对褐煤颗粒进行疏水改性。研究了改性前后煤粒表面化学成分、孔隙分布、亲疏水性和Zeta电位等煤粒表面特性,并结合NSF分散剂在改性前后煤粒表面吸附量大小,探讨了改性前后褐煤水煤浆的成浆性、流变性和稳定性。结果表明,改性后煤粒孔隙结构降低,煤粒表面碳的相对含量增加,氧的相对含量降低,煤水界面接触角增加,煤粒疏水性能增强。NSF分散剂在改性煤表面吸附量增加,煤粒表面负电性增强。由阴离子AKD改性煤、非离子AKD改性煤制备的水煤浆最大成浆质量分数从原煤56.6%分别增加至61.0%、62.5%,浆体析水率从原煤13.97%分别降低至7.45%、7.89%,同时改性后煤粒制备的浆体均表现出剪切变稀的假塑性流体。因此,改性煤粒更容易制备高浓度、低黏度、高稳定性且易于储存和运输的水煤浆。     

外加无机电解质对煤浆性质调控作用的研究

考察了数种无机电解质对煤浆分散体系流变特性的影响。结果发现，煤浆的流变特性不仅与电解质种类有关，还取决于煤质特征。某些煤适，适量的无机电解质可使浆体的屈报胀塑料转化为屈服假塑性。     

混合煤制浆对水煤浆性质的影响

实验选用三种性能较差，不适宜制浆的煤作为原料煤，选用成浆性、稳定性或流变性较好的三种煤作为配煤进行混合煤制备水煤浆。实验结果表明，在相同的制浆条件下，加入成浆性、稳定性较好的煤种，使得水煤浆性质较差的煤成浆性、稳定性均有不同程度的提高，浆体流变性得到改善，煤浆粘度明显降低。根据配煤加入量的不同，煤的成浆浓度可提高约2%～3%，浆体稳定性增加，产生软沉淀的时间由1 d提高到10 d。加入成浆性较差的褐煤，亦可明显提高难制浆煤种的稳定性和改善浆体的流变性，使得浆体由胀塑性流体变为假塑性流体。煤的表面性质分析表明，配入表面性质差异较大的煤种，有利于改善难制浆煤种的水煤浆性质。     

不同分子质量木质素磺酸钠对煤粉的分散作用研究

应用超滤分级方法,将木质素磺酸钠分成不同分子量范围的级分。傅立叶红外光谱（FTIR）分析结果表明,分子量为5 000～10 000的木质素磺酸钠分子中亲水基团如羟基、酚羟基、磺酸根质量分数最大,随着分子量的增加,亲水基团质量分数降低。实验结果发现分子量为10 000～50 000的木质素磺酸钠级分在煤粒表面的吸附等温线近似为L型,吸附量较大,并且使煤粒的表面动电电位（ζ电位）达到-52 mV,在各个级分中对盘江煤具有最好的分散降黏作用。进一步得出结论,分散剂的分散降黏作用与其在煤粒表面的吸附量和ζ电位的高低密切相关。     

超声辐照前后水煤浆浆体的动电势变化研究

选用大同煤和神木煤制备水煤浆，考察了超声辐照前后水煤浆浆体的动电势变化。实验结果表明，煤浆经超声辐照后添加剂在煤粒表面的饱和吸附量增加，相应煤浆浆体的动电势也随之增加，而添加剂在煤粒表面饱和吸附量的增加与超声辐照引起的煤粒比表面积的增加密度相关。动电势增加的另一原因与辐照后煤浆的电导率增加有关。超声辐照导致煤浆浆体静态稳定性大幅度提高的部分原因是由于动电势的增加。     

磺化木质素系聚合物的结构及其在氧化铝上的吸附特性

以造纸黑液中的碱木质素为主要原料,通过磺化和缩聚反应制备了磺化木质素高分子聚合物SBAL.TEM和1H-NMR测试结果表明SBAL是以木质素的疏水骨架为中心,以磺酸基和羧基组成亲水性侧链的球形结构.GPC测试结果表明其重均分子量达到了24880 Da,是碱木质素的7.38倍,电位滴定测试结果表明,其磺化度达到2.70 mmol.g-1.通过流变曲线、吸附等温线、zeta电位、XPS测试研究了其对氧化铝在水中的分散机理及其吸附特性.掺SBAL的氧化铝浆体,在pH=3～12范围内SBAL对其具有良好的分散降黏作用.溶液pH对SBAL的分子构型和吸附特性有较大的影响,随pH增加,SBAL中磺酸基、羧基和酚羟基逐渐电离,分子的伸展程度逐渐增大.随pH增加,SBAL在氧化铝上的吸附质量减少,吸附层由致密逐渐变得疏松,pH小于等电点时以静电吸附为主,pH大于等电点时以非静电的特性吸附为主.当SBAL的用量小于临界值(0.5 wt%)时,其在氧化铝表面形成单分子层吸附,在颗粒间起到静电排斥作用;当用量大于临界值时,其在颗粒表面形成聚集体吸附而起到空间位阻作用.     

岩相及煤阶对煤的燃烧特性的影响

为了确定手选富显微组分煤及焦的燃烧特性，从显微组分和煤阶的角度用热天平的燃烧曲线研究反应性，并给出焦的活化能。煤和焦的比表面积由液氮等温吸附求得，并用扫描电镜观察了焦的表面形态。用灰色关联法分析各显微组分和煤阶对反应性和表面形态的影响。结果表明，镜质组对煤和焦反应性和表面形态均有重大影响，煤的反应性受显微组分的影响比煤焦更显著，若不考虑矿物质的影响，则各因素对煤及焦反应性影响次序为Ｖ＞Ｒ＞Ｉ＞Ｅ。     

煤种及煤粉细度对炉内再燃过程脱硝和燃尽特性的影响

煤粉再燃技术是目前电站锅炉降低Nx排放的一种有效技术。本文在一维沉降炉上进行了不同煤种、不同煤粉细度的煤粉再燃脱硝降低NOx排放的试验研究。试验结果表明:高挥发分的煤种在再燃降低NOx时的效果更显著。对于同一煤种,采用细度更细的煤,合适的再燃区停留时间,可以获得高的降低NOx排放效果,并可使煤粉的燃尽率达到90%左右。本文还采用最小燃尽高度的方法探讨了再燃过程中煤粉细度的选择方法,分析得出,为使再燃区的煤粉能完全燃烧,充分发挥还原NOx的效果,必须采用细粉或者超细粉。     

烟煤和低温煤焦油共处理反应及机理的研究

兖州烟煤和低温煤焦油在４３０℃，初始氢压为７．０ＭＰａ条件下进行共处理反应。通过对煤的苯和四氢呋喃（ＴＨＦ）抽提物以及共处理产物的核磁共振测定，结合煤的红外光谱分析，探讨了兖州烟煤和低温煤焦油共处理过程中发生的化学反应及反应机理。     

生物质热解、加氢热解及其与煤共热解的热重研究

在加压热天平上用非等温热重法进行生物质（锯末、稻壳）在Ｎ２气氛下的热解和加氢热解研究。考察了升温速率（５～２５℃／ｍｉｎ）和压力（０．１～７ＭＰａ）的影响，求取了热解动力学参数，并研究了生物质与煤在常压Ｎ２气下的共热解过程。研究结果表明：生物质在４００℃左右即完成热解反应，总失重率大于７０％（Ｗ％，ｄａｆ．），热解时仅一个峰位于３００℃左右；与煤热解行为相同，随升温速率及压力的升高，转化率下降，ＤＴＧ峰移向高温，但由于热解反应在较低温度下进行，氧气的存在对生物质热解ＴＧ和ＤＴＧ的影响远小于煤热解。证明生物质热解以其内部氢对自由基的饱和及分子重排反应为主。生物质热解可用一级反应动力学处理，主要热解阶段及表现活化能分别为：锯末，２６７～３１４℃，６９．６６ｋＪ／ｍｏｌ；稻壳，２８３～３１０℃，５３．４５ｋＪ／ｍｏｌ；生物质由于与煤的热分解温度相差很大，因而在其共热解过程中无协同作用。     

煤中腐植酸与尿素相互作用机理的研究

采用化学法和波谱分析法对泥炭、褐煤、风化煤腐植酸（ＨＡ）与尿素的相互作用机理进行了研究。结果表明,ＨＡ与尿素之间发生了极其复杂的反应,包括离子化、络合配位、亲核加成、自由基反应及氢键缔合等,形成不同的化学键。羧基对反应深度的影响最大;含官能团（特别是羧基）最多的风化煤ＨＡ反应性最高。本项研究为有机长效尿素的研制提供了理论依据     

煤微孔表面的分形维数及其变化规律的研究

本文利用气体吸附数据确定了各种煤阶煤（从褐煤到无烟煤）和煤焦气化反应过程中微孔表面的分形维数及其变化规律。这有助于进一步认识煤的孔结构特征。     

煤的氧化和岩相组成及复合添加剂对煤成浆性的影响

本文研究了煤的氧化、煤的岩相组成、以及复合添加剂对煤成浆性能的影响。实验指出,煤的自然氧化将大大降低煤浆煤浓度、增加煤浆实测粘度和目测流动度,但对煤浆结构沉淀性质改变不大;在煤灰分含量基本一致时,煤的岩相显微组分中镜质组、半镜质组含量增加,丝质组含量减少,可综合提高煤浆性能;复合添加剂可使煤浆具有高煤浓度、低粘度、煤浆结构疏松、稳定性好易触变的性质。     

溶剂萃取对烟煤孔隙结构和粒度的影响

用二硫化碳-N-甲基-2-吡咯烷酮（CS2-NMP）(1∶1, V/V) 混合溶剂、丙酮和吡啶对南桐烟煤逐级萃取，得到各级残余物。通过比表面积及孔快速测试仪和扫描电镜，对煤及各萃取残余物的氮气吸附行为、粒度进行测试，考察了溶剂萃取对煤的BET比表面积与BJH孔容、孔面积随孔径分布规律以及粒度的影响。结果表明通过“溶解”小分子物质，溶剂萃取能够有效地改善煤的吸附性、比表面积和孔隙结构，降低其粒度，但不能破坏其基本结构单元，在本质上仍属于物理作用。根据最可几孔径计算出南桐烟煤胶态分子团结构模型中基本结构单元的粒径在3.5 nm左右，证实了煤分子胶态团结构模型的假设。     

油页岩与煤的混烧特性研究

使用STA409型热综合分析仪进行了桦甸油页岩与高硫合山煤的混烧特性实验研究，得到了油页岩和高硫煤混烧的TG和DTG曲线，分析了不同Ca/S对油页岩和高硫煤混烧特性的影响规律，同时运用Freeman-Carroll法计算得到了不同Ca/S下的油页岩燃烧特性化学反应动力学参数。研究表明，在高硫煤中加入少量的油页岩，高硫煤的燃烧特性有所改善，燃烧特性趋好；油页岩的加入使得高硫煤低温段的燃烧产物初析温度降低，着火温度提前；在高硫煤中加入20%左右的油页岩作为可燃脱硫剂从燃烧角度讲是切实可行的。