一种接枝共聚物水煤浆分散剂及其制备方法

摘要

本发明公开了一种接枝共聚物水煤浆分散剂及其制备方法，具体包括：1)将熔化的苯酚与浓硫酸溶液混合，在90℃～110℃的条件下进行磺化反应，得到溶液B；2)向溶液B中加入甲醛溶液，在80℃～120℃的条件下进行聚合反应，反应结束后加入蒸馏水溶解，混合均匀得到溶液C；3)调节溶液C的pH至10～12，然后加入苯甲酰氯溶液，在80℃～100℃的条件下进行酰化反应，得到粗产物；4)对粗产物进行多次静置沉淀，将沉淀物减压蒸馏后得到粘稠液体，即制得水煤浆分散剂。本发明的接枝共聚物水煤浆分散剂，是梳形两亲性分子，具有高磺化度、高亲水性，其主体结构单元为苯环疏水基团、磺酸基亲水基团，针对低阶煤种制浆效果显著，降黏效果和分散效果好。

权利要求

1.一种接枝共聚物水煤浆分散剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)取一定量的苯酚，在40℃～60℃条件下加热搅拌10min～15min，待其熔化后得到溶液A；然后向溶液A中加入浓硫酸溶液，在90℃～110℃的条件下继续搅拌1h～3h，进行磺化反应，得到溶液B；其中所述的苯酚与浓硫酸溶液的摩尔比为1：1～1.4；

步骤2)向溶液B中加入甲醛溶液，在80℃～120℃的条件下搅拌2h～4h，进行聚合反应，反应结束后加入蒸馏水溶解，混合均匀得到溶液C；其中所述的甲醛溶液与苯酚的摩尔比为

0.7：1，所述的甲醛溶液的质量分数为37％；

步骤3)用碱性调节剂将溶液C的pH调至10～12，然后加入苯甲酰氯溶液，在80℃～100℃的条件下搅拌1.5h～3.5h，进行酰化反应，得到粗产物；其中所述的苯甲酰氯溶液与苯酚的摩尔比为1.5：1，所述的苯甲酰氯溶液的质量分数为＞95％；

步骤4)对粗产物进行多次静置沉淀，将沉淀物减压蒸馏后得到粘稠液体，即制得接枝共聚物水煤浆分散剂。

2.根据权利要求1所述的一种接枝共聚物水煤浆分散剂的制备方法，其特征在于，步骤

3)中，所述碱性调节剂为氢氧化钠或氢氧化钾。

3.根据权利要求1所述的一种接枝共聚物水煤浆分散剂的制备方法，其特征在于，步骤

4)还包括：将所述粘稠液体进行干燥。

4.权利要求1至3任一项所述的制备方法制得的接枝共聚物水煤浆分散剂，其特征在于，其结构式为 其中M为Na、K中的一种。

说明书

一种接枝共聚物水煤浆分散剂及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及分散剂技术领域，尤其涉及一种接枝共聚物水煤浆分散剂及其制备方法。

背景技术

[0002] 水煤浆技术是一种洁净的煤炭利用方式，目前正获得越来越多的关注。水煤浆一般由60％～70％的煤粉、30％～40％的水与约1％的化学添加剂(分散剂、稳定剂等)通过物理的方法加工而成。而作为一个粗分散体系，水煤浆必须依靠添加剂的分散稳定作用来实现其高浓度和高稳定性，特别是在制备高浓度水煤浆时，添加剂的作用尤为关键。现有的水煤浆分散剂种类主要有木质素系、脂肪族系、萘系、聚羧酸系分散剂。而低阶煤种属难制浆煤，传统水煤浆分散剂缺乏针对性，制浆效果一般，严重制约了低阶煤种的发展利用。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种接枝共聚物水煤浆分散剂及其制备方法，旨在解决低阶煤难制浆，成浆效果差的技术问题。

[0004] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种接枝共聚物水煤浆分散剂的制备方法，包括以下步骤：

[0005] 步骤1)取一定量的苯酚，在40℃～60℃条件下加热搅拌10min～15min，待其熔化后得到溶液A；然后向溶液A中加入浓硫酸溶液，在90℃～110℃的条件下继续搅拌1h～3h，进行磺化反应，得到溶液B；

[0006] 步骤2)向溶液B中加入甲醛溶液，在80℃～120℃的条件下搅拌2h～4h，进行聚合反应，反应结束后加入蒸馏水溶解，混合均匀得到溶液C；

[0007] 步骤3)用碱性调节剂将溶液C的pH调至10～12，然后加入苯甲酰氯溶液，在80℃～100℃的条件下搅拌1.5h～3.5h，进行酰化反应，得到粗产物；

[0008] 步骤4)对粗产物进行多次静置沉淀，将沉淀物减压蒸馏后得到粘稠液体，即制得接枝共聚物水煤浆分散剂。

[0009] 优选的，步骤1)中，所述的苯酚与浓硫酸溶液的摩尔比为1：1～1.4。

[0010] 优选的，步骤2)中，所述的甲醛溶液与苯酚的摩尔比为0.7：1，所述的甲醛溶液的质量分数为37％。

[0011] 优选的，步骤3)中，所述的苯甲酰氯溶液与苯酚的摩尔比为1.5：1，所述的苯甲酰氯溶液的质量分数为＞95％。

[0012] 优选的，步骤3)中，所述碱性调节剂为氢氧化钠和/或氢氧化钾。

[0013] 进一步地，步骤4)还包括：将所述粘稠液体进行干燥，便于分散剂的存储运输。

[0014] 本发明还提供由上述制备方法制得的接枝共聚物水煤浆分散剂，所述水煤浆分散剂的结构式为 其中M为Na、K中的一种。

[0015] 煤的有机质由两部分构成:一部分是环状大分子化合物，主要是芳香结构；另一部分是链状低分子化合物。环状大分子化合物是煤有机质的主要成分，一般占比为90％以上；有关研究表明，煤中碳的含量为70％-83％时，则结构单元平均环数为2左右。本发明的接枝聚合物水煤浆分散剂，其每个结构单元中达到2个苯环，分散剂的疏水官能团与低阶煤分子中的环状大分子物质匹配度更高，达到紧密结合的程度。

[0016] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

[0017] 1、本发明制备的接枝共聚物为梳形两亲性分子，其主体结构单元为苯环疏水基团、磺酸基亲水基团，具有高磺化度，高亲水性，该接枝共聚物作为水煤浆分散剂，对低阶煤种的制浆效果显著，降黏效果好，分散效果良好。与常见的两类分散剂(木质素分散剂、萘系分散剂)相比，本发明的接枝共聚物水煤浆分散剂具有更好的流动性和分散性。

[0018] 2、本发明的制备方法简单，中间产物无需后处理，可直接作为下一步反应原料，适用于工业化大批量生产。

附图说明

[0019] 图1是本发明实施例1制备的接枝共聚物水煤浆分散剂的红外光谱图；

[0020] 图2是本发明实施例1制备的接枝共聚物水煤浆分散剂与纯水的接触角测试图；

[0021] 图3是本发明实施例1制备的接枝共聚物水煤浆分散剂制浆的流变曲线。

具体实施方式

[0022] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

[0023] 以下实施例中如无特殊说明，各反应原料均为市售商品，各实验操作均为常规操作。

[0024] 以下实施例中制备接枝聚合物水煤浆分散剂的化学反应过程如下：

[0025]

[0026] 实施例1

[0027] 一种接枝共聚物水煤浆分散剂的制备方法，包括以下步骤：

[0028] 步骤1)取0.1mol苯酚，在40℃条件下加热搅拌15min，待其熔化后得到溶液A；然后向溶液A中加入0.12mol浓硫酸溶液，在90℃的条件下继续搅拌1h，进行磺化反应，得到溶液B；

[0029] 步骤2)向溶液B中加入0.07mol甲醛溶液(质量分数为37％)，在80℃的条件下搅拌2h，进行聚合反应，然后加入适量蒸馏水溶解，混合均匀得到溶液C；

[0030] 步骤3)用1mol/L的氢氧化钠溶液将溶液C的pH调至10，然后加入0.15mol苯甲酰氯溶液(质量分数为＞95％)，在80℃的条件下搅拌1.5h，进行酰化反应，得到粗产物；

[0031] 步骤4)对粗产物进行多次静置沉淀，将沉淀物减压蒸馏后得到红棕色粘稠液体，即制得水煤浆分散剂。

[0032] 将本实施例制得的水煤浆分散剂置于红外光谱仪中检测，如图1所示，3440cm-1是属苯环上酚羟基的伸缩振动峰，2930cm-1是属亚甲基(-CH2-)的不对称伸缩振动峰，1614cm-1和1460cm-1是苯环骨架特有的C＝C伸缩振动峰。1200cm-1属于磺酸基团(-SO32-)的伸缩振动峰，1736cm-1属C＝O(苯甲酸)的伸缩振动吸收峰，1240cm-1是芳香醚的伸缩振动峰。说明在分子结构中已经引入了磺酸基团、苯环功能性官能团。根据以上分析结果判断，合成聚合物应为目标产物。

[0033] 用微量注射器在神府低阶煤的表面分别滴加纯水和分散剂溶液，然后用接触角测定仪测其接触角并拍照，观察接触角在一分钟后的变化情况，结果如图2所示，看出纯水滴加在煤界面后，在煤表面摊开，经过一分钟后铺展的缓慢，接触角从74.32°变化到64.66°，而合成的分散剂溶液滴在煤表面后，经过一分钟后接触角从70.23°变到53.15°，并随着时间增加快速的铺展。说明分散剂改善了煤表面的润湿性，使水和煤表面达到相容的状态，水会迅速与煤结合。

[0034] 实施例2

[0035] 一种接枝共聚物水煤浆分散剂的制备方法，包括以下步骤：

[0036] 步骤1)取0.5mol苯酚，在50℃条件下加热搅拌15min，待其熔化后得到溶液A；然后向溶液A中加入0.5mol浓硫酸溶液，在100℃的条件下继续搅拌2h，进行磺化反应，得到溶液B；

[0037] 步骤2)向溶液B中加入0.35mol甲醛溶液(质量分数为37％)，在100℃的条件下搅拌2h，进行聚合反应，然后加入适量蒸馏水溶解，混合均匀得到溶液C；

[0038] 步骤3)用1mol/L的氢氧化钠溶液将溶液C的pH调至11，然后加入0.75mol苯甲酰氯溶液(质量分数为＞95％)，在85℃的条件下搅拌2h，进行酰化反应，得到粗产物；

[0039] 步骤4)对粗产物进行多次静置沉淀，将沉淀物减压蒸馏后得到红棕色粘稠液体，即制得水煤浆分散剂。

[0040] 本实施例制得的水煤浆分散剂的红外光谱图与实施例1相似。

[0041] 实施例3

[0042] 一种接枝共聚物水煤浆分散剂的制备方法，包括以下步骤：

[0043] 步骤1)取1mol苯酚，在60℃条件下加热搅拌10min，待其熔化后得到溶液A；然后向溶液A中加入1.4mol浓硫酸溶液，在110℃的条件下继续搅拌3h，进行磺化反应，得到溶液B；

[0044] 步骤2)向溶液B中加入0.7mol甲醛溶液(质量分数为37％)，在120℃的条件下搅拌4h，进行聚合反应，然后加入适量蒸馏水溶解，混合均匀得到溶液C；

[0045] 步骤3)用1mol/L的氢氧化钾溶液将溶液C的pH调至12，然后加入1.5mol苯甲酰氯溶液(质量分数为＞95％)，在100℃的条件下搅拌3.5h，进行酰化反应，得到粗产物；

[0046] 步骤4)对粗产物进行多次静置沉淀，将沉淀物减压蒸馏后得到红棕色粘稠液体，即制得水煤浆分散剂。

[0047] 本实施例制得的水煤浆分散剂的红外光谱图与实施例1相似。

[0048] 为了便于存储和运输，还可以对制得的粘稠液体状分散剂进行干燥，得到固体分散剂。

[0049] 选取梳形分散剂、木质素分散剂、萘系分散剂三种，选用神府低阶煤制浆，在分散剂的添加量为0.5％时测试浆体的定粘浓度、流动性、稳定性。

[0050] 图3是实施例1制得的梳形分散剂对不同浓度的神府低阶煤水煤浆剪切速率与表观粘度关系。从图中可以看出，同一种分散剂在不同的制浆浓度情况下，表观粘度会随着制浆浓度的增大，剪切速率下降的更加缓慢，最后趋于平缓保持平衡。表现为“剪切变稀”的性能，可以判断制得的浆体属于宾汉塑性流体，符合工业生产要求。

[0051] 表1添加剂的制浆效果对比表

[0052]

[0053]

[0054] 注：A—析出水量占煤浆体积≤2％；B—2％<析出水量占煤浆体积≤5％；C—5％<析出水量占煤浆体积≤10％；根据稳定性的具体情况，也可细分为“+”“-”级别。

[0055] 由表1可以看出，通过对比梳形分散剂、木质素分散剂、萘系分散剂的制浆实验，在相同添加量下，添加梳形分散剂的水煤浆体系的定粘浓度略高于其他分散剂的浆体定粘浓度，而流动性比其他两类分散剂的浆体效果好，稳定性相差不大。这是由于梳形分散剂含有2个苯环的单元结构和低阶煤匹配度更高，煤表面分散剂吸附的越多，起分散降粘作用效果越强，流动性越好。