摘要：以市售阳离子淀粉为原料，以过硫酸铵(NH4)2S2O8作为引发剂，分别加入苯乙烯磺酸钠（SSS）和丙烯酸（AA）、甲基丙烯磺酸钠（SMAS）和丙烯酸（AA）单体进行接枝共聚，制备出两种两性改性淀粉CSSAS和CSMAS。将其作为分散剂用于某煤制浆，探讨两性改性淀粉分散剂对水煤浆制浆性能的影响。CSSAS分散剂的最佳用量为0.4%，制浆质量分数为65%，表观黏度为837mPa·s，7d析水率为4.7%，CSSAS在某煤表面的饱和吸附量为2.36mg/g；CSMAS分散剂的最佳用量为0.4%，制浆质量分数为65%，表观黏度为910mPa·s，7d析水率为5.2%，CSMAS在某煤表面的饱和吸附量为2.25mg/g。两性改性淀粉中的阳离子与某煤表面的负电荷可以很好地吸附，提供更多吸附位点，在煤表面的吸附较为理想。结合某煤的结构特点及分散特性，分析了吸附模型和吸附作用机理。
关键词：改性淀粉，水煤浆，分散剂，流变特性，吸附模型
引言
一般而言，水煤浆分散剂主要是阴离子型和非离子型。笔者所在课题组一直致力于基于天然产物的高浓度水煤浆分散剂的制备及机理研究，前期研究了腐殖酸系、聚羧酸系等水煤浆分散剂，由于腐殖酸系分散剂分散性能一般、聚羧酸系分散剂的成本高昂，考虑到淀粉资源来源广泛，价格低，且可以完全生物降解，因此尝试选择淀粉资源作为研究对象来制备分散剂。
1、实验部分
1.1实验试剂与仪器
试剂:玉米淀粉、丙烯酸、苯乙烯磺酸钠、高氯酸钾、亚硫酸钠、聚乙二醇400、过氧化氢、硫酸铁、纯氢氧化钠；煤是某的煤。仪器设备:HH-1水槽；XM-4型平板球磨机；101个电热干燥箱；分析天平ALC-110.4；旋转式粘度计ndj-79；水煤浆粘度计nxs-4c；EQUINX55傅里叶变换红外光谱。
1.2淀粉接枝共聚物的制备
选择三口圆底烧瓶（250mL），加入马来酸酐、聚乙二醇-400和催化剂到甲基苯磺酸中，连续搅拌使其充分溶解，3h后加入对苯二酚，并保持反应1.5h，得到较大的单体。在三个烧瓶(250毫升)中加入玉米淀粉和去离子水，然后加入淀粉酶，不断搅拌，使系统温度提高到60℃，保持15分钟。然后加入过氧化氢，继续升温至80℃，并调整pH值为7~8。按比例加入浅棕色单体和亚硫酸钠，不断搅拌，使其完全溶解和混合，然后滴加引収剂和其余单体，并维持恒温反应3h。反应结束后冷却并调节至中性。
2、结果与讨论
2.1OBS和HBS的红外光谱分析
对OBS和HBS进行干燥，溴化钾压片后分别采用红外扫描分析。OBS和HBS的红外光谱如图3所示。从图3 a可知，现场产生的吸收峰值为1647厘米- 1 1568厘米- 1 1415厘米- 1，是OBS苯环结构框架变形振动的吸收峰值；1088cm-1的特征吸收峰值表明OBS结构中醚键的存在。。
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图1OBS和HBS的红外光谱
由图1b可知，1645cm－1，1570cm－1，1363cm－1处的吸收峰应该是HBS苯环结构中ＣＣ双键骨架振动吸收峰。HBS的苄基特征吸收峰比OBS的吸收峰弱，主要原因是HBS结构中羟乙基含量丰富，引入的苄基非常少，所以苄基的特征吸收峰弱。在1075cm－1处出现的特征吸收峰表明HBS结构中醚键的存在。
2.2分散剂用量对浆体表观黏度的影响
选用某煤制浆，制浆浓度为65％（质量分数）不变，改变OBS和HBS的用量，制备出相应的水煤浆。在剪切速率为100s－1、温度为25℃的条件下，测定浆体的表观黏度，并绘制不同分散剂用量对浆体表观黏度的影响变化曲线，结果如图3所示。
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图2HBS和OBS用量对浆体表观黏度的影响
煤颗粒表面的润湿效果更好，与水的亲和力增加；加上分散剂结构中的电荷之间产生的静电斥力以及空间位阻效应等作用降低煤颗粒之间的疏水吸引力和聚集，宏观表现为浆体的表观黏度在逐渐下降。由图2还可知，当分散剂的添加量达到一定量时（OBS和HBS的用量均为0．50％），分散剂在煤颗粒表面的吸附基本上达到饱和（称为饱和吸附），达到饱和吸附的浆体的表观黏度下降到最低点。OBS制备水煤浆的表现黏度为842mPa.s；HBS制备水煤浆的表现黏度为931mPa.s。在最佳分散剂用量后再增加分散剂的用量，浆体的表观黏度反而有所增加，原因可能是，这两种分散剂在某煤颗粒表面的吸附位点单一，吸附量不大；过多的OBS和HBS分散剂会通过自身结构中的亲水基团溶解到水中，反而不利于煤颗粒在自由水中的分散。此外，过多的分散剂结构中的阴离子会通过静电斥力减小吸附层的厚度，使得最初煤颗粒之间产生的空间位阻效应减弱，并产生所谓的近程空间位阻，导致浆体表观黏度随分散剂的增加而增加。由图2还可以看出，OBS的降黏效果更佳，在用量为0．50％时，浆体表观黏度为842mPa.s，低于同添加量的HBS分散剂制备浆体的表观黏度。原因可能是，由于HBS分散剂苄基化程度低，结构中引入的苄基比例很低，对煤颗粒表面的疏水区域吸附较弱，产生的吸附较差；OBS的解离度相对较大，可以产生一定的亲水基团对煤颗粒表面进行润湿，OBS结构中苄基的比例较大，吸附效果较好。实验室氧化降解淀粉比羟乙基淀粉的成本也要更低。因此，综合考虑OBS更加适合某煤水煤浆制浆。
2.3制浆浓度对浆体表观黏度的影响
采用某煤制浆，分散剂用量为0．50％，改变制浆浓度，制备出一系列不同质量分数的水煤浆，同时测定不同浆体在剪切速率为100s－1、25℃的条件下的表观黏度。制浆浓度对浆体表观黏度的影响见图3。
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图3制浆浓度对浆体表观黏度的影响
随着制浆浓度增加，煤颗粒比例增加，颗粒之间的距离变小，相互接触和聚集的机会显著增加，相互吸引聚集沉淀的可能性更大，表现为浆体表观黏度的增加，浆体的流动性变差；此外，随着制浆浓度增加，相同分散剂分子在煤颗粒表面的吸附层厚度变薄，分散剂结构形成的空间位阻和静电斥力作用也下降；同时由于煤颗粒浓度高会产生相互挤压，不利于分散吸附，导致浆体的表观黏度有所上升。某煤是一种变质程度较低的煤种，煤颗粒表面存在丰富的亲水正电荷区域，经过氧化处理的OBS分散剂结构中疏水苄基和亲水基团比例更大，一方面能够与煤颗粒表面的亲水正电荷区域形成较强的化学吸附，另一方面苄基可以和煤颗粒中的疏水区域结合形成吸附层。因此，OBS分散剂对某煤可以产生更好的降黏作用，在最佳分散剂用量为0．50％的情况下，OBS分散剂的最高制浆浓度可以达到65％以上。
3、结论
3.1以阳离子淀粉为原料，分别与SSS和AA、AA和
SMAS单体接枝共聚，制备出两种改性淀粉CSSAS和CSMAS。
3.2将CSSAS和CSMAS分散剂应用于某煤制浆，发现CSSAS分散剂的分散性能较优。CSSAS的最佳用量为0.4%，制浆质量分数为65%，表观黏度为837mPa·s，7d析水率为4.7%，CSSAS在某煤表面的饱和吸附量为2.36mg/g；CSMAS分散剂的最佳用量为0.4%，制浆质量分数为65%，表观黏度为910mPa·s，7d析水率为5.2%，CSMAS在某煤表面的饱和吸附量为2.25mg/g。
3.3两性改性淀粉分散剂结构中的阳离子与某煤表面矿物质中的负电荷容易结合产生吸附，在亲水含氧基团吸附的基础上提供更多吸附位点，在煤表面的吸附较为理想；但是分散剂结构中的阳离子也使煤表面的Zeta电位的绝对值增加的幅度有所降低，使得浆体的析水率高，稳定性不是很理想。
结束语
有效利用能源需要找到高效和低成本的水煤浆分散剂。淀粉是一种自然界广泛使用的可再生植物资源，具有许多优点，例如安全性高，可降解，环境友好，价格低廉，主要是淀粉，在侧链中接枝硫铝酸盐基团和单酯，并获得了一种新型的水煤浆分散剂sasp(starch-acrylicacidsodiump-styrenesulfonate-pegmaleicacid)。该分散剂能有效吸附在煤粒表面，产生一定程度的静电斥力，反映出较好的分散特性。
参考文献
[1]赵方，张光华，石丼丼，等.淀粉水煤浆分散剂的制备及性能研究[J].煤炭学报，2012，37：456-461．
[2]刘明强，刘建忠，王传成，等.水煤浆添加剂研究及収展动向[J].现代化工，2011，（7）：8-11,13．
[3]李斌.磺化腐殖酸型水煤浆分散剂的合成研究[J].当代化工，2015，（10）:2338-2340.
[4]赵方.淀粉接枝共聚物水煤浆分散剂的制备及性能研究[D].西安：陕西科技大学，2013．
[5]刘志群.水煤浆技术应用现状及对策分析[J].环境保护科学，2006，32(5)：11-13．
[6]刘晓霞，屈睿，黄文红，等.水煤浆添加剂的研究进展[J].应用化工，2008，37(1)：101-106．
[7]苏毅，朱书全.烷基酚聚氧乙烯醚水煤浆分散剂的成浆性能[J].煤炭学报，2011，36（8）：1396-1400.
[8]董志龙，许明，刘坤，等.水煤浆分散剂作用机理及常用分散剂种类[J].化工设计通讯，2017，43（4）：5-7.