生物油基环保型煤尘抑尘剂的制备及性能研究.pdf
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1、第 卷第 期 年 月应 用 化 工 .收稿日期:修改稿日期:基金项目:国家自然科学基金()作者简介:曹秋枫()女辽宁辽阳人在读硕士师从曹青教授主要从事生物质的高值化利用的研究 电话:.生物油基环保型煤尘抑尘剂的制备及性能研究曹秋枫王朝辉齐有郭锋杰闫宇星曹青(太原理工大学 化学学院山西 太原)摘 要:以木屑热解油为原料在过硫酸铵()存在下将预处理的生物油与丙烯酸()和壳聚糖()聚合制备出一种生物油基环保新型煤尘抑制剂()结果表明在 和 的质量分别为.和./为 时可获得 的最大黏度为.的 和 均证实 和 已成功接枝在生物油组分的结构上 在煤粉上形成的固化层受风雨影响很小 其中在 /(级)风速下煤粉
2、的最大质量损失为.经过 个循环()后 的降解率为 关键词:生物油煤尘抑尘剂降解中图分类号:.文献标识码:文章编号:()():()()().()././().().:生物油中含有木质素结构单元的重组分如果这些密度较高的重质组分分离出来用于合成聚合物这种聚合物将会与煤表面分布着许多芳香结构的组分发生强烈的 相互作用可在煤表面产生良好的润湿作用 本文以生物质热解油和壳聚糖为原料通过与丙烯酸接枝聚合制备出一种具有润湿、黏结和可降解的生物油基环保型煤尘抑尘剂 实验部分.材料与仪器壳聚糖(脱乙酰度)、丙烯酸()、过硫酸铵()、氢氧化钠、乙酸、无水乙醇均为分析纯煤样:褐煤、气煤和无烟煤均购自山西省太原煤气化
3、公司煤样过 目筛后干燥备用煤粉最大粒径.种煤的工业分析和元素分析结果见表 旋转型黏度计 型傅里叶变换红外光谱仪/仪 接触角测定仪 型扫描电子显微镜表 煤样工业分析及元素分析 煤样工业分析/元素分析(.)/水分灰分挥发分 固定碳碳氢氮氧硫褐煤.气煤.无烟煤.生物油制备将粉碎的木屑(颗粒大小.)放入管式炉中为保护气体以 /的升温速率由室温升至 后保温 期间产生的热解物经冷凝后收集得生物油液体 生物油与去离子水以体积比 充分混合后在 /转速下离心 去除上层水溶性部分得到下层水不溶性生物油简记为.生物油基抑尘剂制备.生物油中加入.搅拌至生物油完全溶解 壳聚糖用 体积分数为 的冰应用化工第 卷乙酸溶液溶
4、解制得壳聚糖溶液 将丙烯酸与生物油的混合液缓慢加入壳聚糖溶液中搅拌均匀 用的氢氧化钠溶液调节 至.(约为 )加入.将混合液移至 三口烧瓶中在搅拌状态下将混合溶液从室温升至 保温反应 用无水乙醇和丙酮洗涤 次除去未反应物干燥得到生物油基抑尘剂记为 的反应机理见图 图 的反应机理.壳聚糖在乙酸溶液中溶解与生物油中富含醛基的酚类物质(热解木质素)及丙烯酸反应在引发剂 作用下进行接枝反应 首先壳聚糖中的氨基与生物油中的醛基进行聚合反应生成亚胺结构然后壳聚糖和生物油中的羟基在 作用下脱去质子氢后与 的碳碳双键进行接枝反应形成最后的大分子结构.表征测试黏度采用旋转型黏度计测量温度在 下进行 红外吸收为光谱
5、仪采用 直接压片法分析、和 的红外吸收光谱 热重用/仪记录样品的 曲线其操作条件为:在 氛围下以 /的升温速率从 升温至 接触角用接触角测定仪测定采用静电滴法测定 溶液与煤颗粒的接触角 即取 煤粉在压片机上以 操作 压缩成型 表面形貌用扫描电子显微镜观察样品的.性能测试.抗风蚀测试 固化煤粉的能力是通过抗风蚀性测试并以煤粉质量残余率()进行评价 具体步骤:在 个培养皿中加入 等量的 种煤粉将 和水分别均匀喷洒在上述煤粉的表面待其自然干燥固化成膜后用吹风机模拟自然风进行测试通过调整出风口与煤粉间的距离来改变风速风速值用风速仪测量风速设置分别为 /持续时间均为 煤粉的质量损失率()用式()计算 (
6、)/()式中和 分别表示风吹前后煤粉的质量.抗水测试 考虑到露天堆放煤的场区雨水冲刷会影响抑尘的效果故参照文献方法对其进行了抗水性评价 在 个洁净的表面皿中分别加入 等量的 种煤粉均匀喷洒等量的抑尘剂和水()放置室外自然干燥固化成膜后测其硬度接着用 /的喷水强度(大暴雨等级)对样品进行喷淋 持续时间分别为 和 之后再将其放置室外干燥后测其硬度 通过其硬度的变化评价其抗水效果 煤粉外壳表面硬度(厚度 )采用肖尔硬度计进行测试 测量 次结果取平均值.降解性测试生物可降解性煤粉抑制剂的开发是未来发展的必然趋势 为此将 的 溶液喷洒在玻璃板上(厚度为)将玻璃板放入烘箱中在 下干燥以固化膜 将干燥的固化
7、膜()埋入模拟的自然土壤中(最大粒径 )在 下保存 并在每经历 个周期(个周期)时将固化膜取出清洗干净表面的杂物烘干后称重再放回土壤中计算固化膜在每个 周 期 的 降 解 率 的 降 解 率()用式()计算 ()/()式中为 的原始质量为降解后质量 结果与讨论.反应条件对产物黏度的影响反应温度、和/质量比对产物 黏度的影响见图 的使用量均为.第 期曹秋枫等:生物油基环保型煤尘抑尘剂的制备及性能研究图 反应条件对黏度的影响.()()()()由图 可知温度对产物黏度有着重要影响随着温度的升高 的黏度先增大后减小当温 度 达 到 时 产 物 黏 度 达 到 最 大 值.、和/使用量对产物黏度的影响与
8、反应温度对其影响的变化趋势相似见图 图 生成的氧自由基引发 中的酚羟基和醛基与丙烯酸的碳碳双键和壳聚糖的氨基发生自由基反应 在加热条件下的分解和自由基的数量与温度有很大的关系 温度越高产生自由基的数量越多生物油中各组分与 和 的接枝共聚反应越剧烈同时提高反应温度有利于降低反应活化能加快反应速率单体、和引发剂 的含量对反应速率也有影响 当用量很低时反应开始时产生的自由基数量很小因为反应物之间产生有效碰撞的概率很小不利于反应的持续进行 当单体、和引发剂 的含量超过适宜值时(如温度过高)碳链增加的反应速率慢于碳链终止的反应速率反应程度减弱导致黏度降低 因此在 条件下当 .、.、/.时 黏度最高为.性
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