一种高效复配型水煤浆分散剂及其制备方法与流程

本发明涉及水煤浆分散剂，尤其涉及一种高效复配型水煤浆分散剂及其制备方法。

背景技术：

1、水煤浆是由煤粉、水和少量添加剂经物理加工制成的代油煤基流体燃料，具有燃烧效率高、污染排放低、运输储存方便等优点，是我国洁净煤技术的重要组成部分。分散剂是水煤浆制备中的关键添加剂，其性能直接决定水煤浆的成浆浓度、流动性和稳定性。目前工业上应用最广泛的分散剂主要包括萘系磺酸盐甲醛缩合物、木质素磺酸盐等及其复配产品。

2、萘系磺酸盐甲醛缩合物具有分散能力强、降粘效果好的优点，但其分子呈刚性平面结构，空间位阻效应弱，制得的水煤浆静态稳定性差、易产生硬沉淀；且萘系磺酸盐甲醛缩合物以石油基萘为原料，生产成本高，合成中使用甲醛存在环保风险。木质素磺酸盐来源于造纸黑液，原料可再生、成本低，产品稳定性较好，但工业木质素磺酸盐分子结构致密、磺化度低，直接用作分散剂时成浆浓度低、黏度大；与萘系磺酸盐甲醛缩合物物理复配存在竞争吸附，协同效应有限；直接与萘系磺酸盐甲醛缩合物进行甲醛共缩聚时，因活性位点不足，缩聚反应不完全，产物分子量分布不均，分散性能提升有限，且共缩聚过程中存在甲醛这类有毒有害物质的使用，存在环境污染和安全隐患。

3、因此，如何对工业木质素磺酸盐进行系统性活化改性以提高其磺化度，进而实现与萘系磺酸盐甲醛缩合物高效共缩聚，制备兼具高分散性、高稳定性和低成本的水煤浆分散剂，是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术的工业木质素磺酸盐反应活性低、与萘磺酸盐甲醛缩合物直接共缩聚效率差，产物分散稳定性不足且过程中用到甲醛会造成环境污染的缺点，而提出的一种高效复配型水煤浆分散剂及其制备方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种高效复配型水煤浆分散剂，包括以下重量份原料：改性木萘共聚物50~60份，去离子水40~50份，稳定剂1~2份；

4、改性木萘共聚物的制备过程如下：

5、t1.称取木质素磺酸盐，加水配制为35%水溶液，调节体系ph至9~10，升温至65~75℃，加入双氧水，恒温搅拌反应1~1.5 h，得到氧化脱甲基化后的木质素磺酸盐水溶液；

6、t2.将氧化脱甲基化后的木质素磺酸盐水溶液温度提高至85~95℃，加入乙二醛溶液，恒温搅拌1.5~2 h，再加入磺化剂，恒温搅拌2~2.5 h，得到改性木质素磺酸盐母液，过滤，干燥，得到改性木质素磺酸盐固体粉末；

7、t3.将改性木质素磺酸盐固体粉末置于反应釜中，加入去离子水溶解，利用重量浓度为30%的硫酸调节使其ph稳定在3~4之间，开启水浴加热，以200~300 rpm搅拌；逐滴加入萘磺酸盐甲醛缩合物，滴加时长控制在30 min，滴加完成后，升温至100~105℃，持续搅拌3~4 h，反应完成后自然冷却至室温，用重量浓度为40%的氢氧化钠溶液调节ph至中性，静置1h，过滤后得到改性木萘共聚物。

8、优选地，t1中木质素磺酸盐为木质素磺酸钠盐，双氧水与木质素磺酸盐的质量比为0.1~0.3:1，碱性条件下，h2o2氧化可促使木质素磺酸盐发生亲核取代反应，其中甲氧基（-och3）发生脱甲基化，转化为酚羟基，化学反应式如下（其中lignin为木质素，此处表示该结构单元为木质素链的组成部分）：

9、；

10、优选地，t2中乙二醛溶液与经氧化活化后的木质素磺酸盐水溶液的质量比为0.3~0.5:1，乙二醛（ohc-cho）在碱性条件下，与木质素磺酸盐发生羟乙基化反应，进一步提高羟基含量，木质素羟乙基化的化学反应式如下：

11、；

12、磺化剂为亚硫酸钠，亚硫酸钠与乙二醛羟基化改性的木质素磺酸盐水溶液的质量比为0.3~0.5:1，对木质素磺酸盐的磺化改性主要是为了在分散剂分子中引入更多的磺酸基团来增强分散剂的亲水性，亚硫酸钠与经过前两步改性的木质素磺酸盐发生加成反应，提高磺化度，从而显著增强产物的水溶性、分散性和表面活性，加成反应方程式如下：

13、；

14、优选地，t3中的萘磺酸盐甲醛缩合物指的是以萘为原料经磺化、甲醛缩聚、碱中和得到的萘磺酸盐甲醛缩合物，改性木质素磺酸盐与萘磺酸盐甲醛缩合物质量比为0.6~1:1，改性木质素磺酸盐与萘磺酸盐甲醛缩合物在酸性条件下发生共缩聚，形成由-ch2-桥共价连接的一体化高分子共聚物，反应方程式如下：

15、；

16、优选地，高效复配型水煤浆分散剂制备过程中的稳定剂为羧甲基纤维素，羧甲基纤维素作为稳定剂增加了水煤浆的浓度和浆料的稳定性。

17、进一步地，本发明还提供上述高效复配型水煤浆分散剂的制备方法，具体包括以下步骤：

18、s1.改性木萘共聚物中加入去离子水，以200~300 rpm低速搅拌；

19、s2.将稳定剂加入改性木萘共聚物中，200~300 rpm低速搅拌20~30 min，静置1 h，过滤得到高效复配型水煤浆分散剂；

20、通过水化条件使改性木萘共聚物充分溶解分散，通过羧甲基纤维素的增粘与稳定作用提升分散剂母液及后续水煤浆的静态稳定性，同时避免机械剪切对高分子链结构的破坏，最终通过静置和过滤获得性能稳定且均一的分散剂成品。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

22、1.本发明对木质素磺酸盐进行改性，通过羟基化引入更多极性羟基位点并结合深度磺化反应大幅提升磺酸根，从而对木质素磺酸盐实施系统性分子结构改性，改性后的产物摒弃了甲醛等有毒有害合成助剂、具备良好的生物可降解性，在原料来源、生产过程和废弃处置全生命周期中均体现出突出的环保优势，而且凭借高密度负电荷赋予的强静电排斥效应与丰富极性基团带来的空间位阻协同作用，增强了对固体颗粒表面的吸附能力和分散稳定性，显著降低分散剂用量的同时有效抑制颗粒团聚，使得浆料体系能够在保持优良流动性的前提下将固体含量提升至更高水平，最终同步实现了浆料分散性能的大幅跃升与成浆浓度的显著提高，为高固含工业分散领域提供了一种兼具绿色可持续性与高效应用性能的优质木质素基功能材料。

23、2.本发明首次将改性木质素磺酸盐与萘磺酸盐甲醛缩合物在酸性条件下发生高效共缩聚反应，形成由亚甲基桥共价连接的一体化高分子共聚物。该共聚物兼具萘环的强锚固能力与改性木质素三维支链的空间位阻稳定效应，同时利用乙二醛改性引入的残余醛基替代部分外加甲醛，降低了有毒有害物质的使用量，添加天然高分子稳定剂使所得的分散剂对煤颗粒具有优异的分散性能和静态稳定性，成浆浓度高、黏度低，且原料成本低廉、绿色环保，为工业木质素的高值化利用及高性能水煤浆分散剂的开发提供了新途径。

1.一种高效复配型水煤浆分散剂，其特征在于，包括以下重量份原料：改性木萘共聚物50~60份，去离子水40~50份，稳定剂1~2份；

2.根据权利要求1所述的高效复配型水煤浆分散剂，其特征在于，所述t1中木质素磺酸盐为木质素磺酸钠盐，双氧水与木质素磺酸盐的质量比为0.1~0.3:1。

3.根据权利要求1所述的高效复配型水煤浆分散剂，其特征在于，所述t2中乙二醛溶液与经氧化活化后的木质素磺酸盐水溶液的质量比为0.3~0.5:1，所述磺化剂为亚硫酸钠，所述亚硫酸钠与乙二醛羟基化改性的木质素磺酸盐水溶液的质量比为0.3~0.5:1。

4.根据权利要求1所述的高效复配型水煤浆分散剂，其特征在于，所述t3中萘磺酸盐甲醛缩合物指的是以萘为原料经磺化、甲醛缩聚、碱中和得到的萘磺酸盐甲醛缩合物，所述改性木质素磺酸盐与萘磺酸盐甲醛缩合物质量比为0.6~1:1。

5.根据权利要求1所述的高效复配型水煤浆分散剂，其特征在于，所述稳定剂为羧甲基纤维素。

6.权利要求1~5任一项所述的高效复配型水煤浆分散剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：