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淀粉基水煤浆分散剂：制备、性能与作用机理的深度剖析

一、引言

1.1研究背景与意义

随着全球工业化进程的加速，能源需求急剧增长，能源危机已成为世界各国面临的严峻挑战。尽管新能源的开发利用取得了一定进展，但在相当长的时期内，化石能源仍将是人类能源消费的主体。我国是煤炭资源大国，煤炭在一次能源消费结构中占据主导地位，然而，煤炭的直接燃烧不仅效率低下，还会带来严重的环境污染问题，如二氧化硫、氮氧化物和颗粒物的排放，对空气质量和生态环境造成了巨大压力。

水煤浆作为一种新型洁净煤技术，具有燃烧效率高、污染物排放低、运输储存方便等优点，被视为替代传统煤炭直接燃烧的理想选择之一。它是由一定比例的煤粉、水和添加剂混合而成的浆体燃料，能够像石油一样泵送、雾化燃烧，可广泛应用于工业锅炉、电站锅炉和工业窑炉等领域。水煤浆技术的核心在于制备出性能优良的水煤浆，而分散剂则是影响水煤浆性能的关键添加剂。

分散剂的主要作用是降低煤颗粒之间的相互作用力，使其能够均匀分散在水中，从而提高水煤浆的稳定性和流动性，降低黏度，增加制浆浓度。传统的水煤浆分散剂如木质素系、萘系等存在着环境污染、成本较高等问题，且在针对低阶煤制浆时效果不佳。低阶煤在我国煤炭储量中占有相当大的比例，其特点是煤颗粒表面富含亲水含氧基团，内水含量高，导致制浆黏度大、浓度低。因此，开发一种高效、环保、低成本且适用于低阶煤制浆的分散剂具有重要的现实意义。

淀粉作为一种天然高分子化合物，来源广泛、价格低廉、可生物降解，且其结构中含有丰富的含氧官能团，与低阶煤的结构特性具有一定的相似性。以淀粉为原料制备水煤浆分散剂，不仅可以充分利用其天然优势，降低对环境的影响，还有望为低阶煤水煤浆的制备提供新的解决方案，推动水煤浆技术的进一步发展和应用，对于缓解能源危机、减少环境污染、实现煤炭资源的高效清洁利用具有重要的战略意义。

1.2水煤浆分散剂研究现状

目前，水煤浆分散剂的种类繁多，主要包括木质素系、萘系、聚羧酸系、腐殖酸系和聚烃系等。木质素系分散剂是最早应用于水煤浆制备的分散剂之一，它来源于造纸工业的副产物，具有价格相对较低的优势。然而，木质素系分散剂的分子结构复杂，杂质含量较高，在使用过程中容易导致水煤浆的稳定性下降，且对环境有一定的污染。萘系分散剂具有良好的分散性能，能够有效地降低水煤浆的黏度，提高其流动性。但萘系分散剂的合成原料主要来自石油化工产品，成本较高，且难以生物降解，不符合可持续发展的要求。聚羧酸系分散剂是近年来发展较快的一类分散剂，它具有分散效率高、用量少、对环境友好等优点，能够通过分子结构设计来满足不同煤种的制浆需求。然而，聚羧酸系分散剂的合成工艺较为复杂，生产成本相对较高，限制了其大规模应用。腐殖酸系分散剂主要来源于天然的腐殖酸资源，具有一定的分散性能和环保优势。但腐殖酸的结构和组成存在较大差异，导致其分散效果不稳定，且提取和纯化过程较为繁琐。聚烃系分散剂具有较高的分散稳定性和抗剪切性能，但由于其疏水性较强，在水煤浆体系中的相容性较差，需要进行特殊的改性处理。

与上述传统分散剂相比，淀粉基水煤浆分散剂具有独特的优势。淀粉是一种可再生的天然高分子材料，在自然界中储量丰富，来源广泛，如玉米、小麦、马铃薯等农作物中都含有大量的淀粉。以淀粉为原料制备分散剂，不仅可以降低对化石资源的依赖，还能减少对环境的污染。淀粉分子中含有大量的羟基等亲水基团，能够与煤颗粒表面的含氧基团发生相互作用，从而提高煤颗粒在水中的分散性。此外，淀粉基分散剂还具有良好的生物可降解性，在水煤浆燃烧后不会产生有害的残留物，符合环保要求。然而，目前淀粉基水煤浆分散剂的研究还存在一些不足之处。一方面，淀粉基分散剂的制备方法和工艺还不够成熟，需要进一步优化和改进，以提高分散剂的性能和稳定性。另一方面，对于淀粉基分散剂在水煤浆中的作用机理研究还不够深入，缺乏系统的理论支持，这在一定程度上限制了淀粉基分散剂的开发和应用。

1.3研究目标与内容

本文旨在深入研究淀粉基水煤浆分散剂的制备方法、性能及作用机理，为其工业化应用提供理论基础和技术支持。具体研究内容如下：

淀粉基水煤浆分散剂的制备：以淀粉为主要原料，通过化学改性、接枝共聚等方法，引入具有分散作用的官能团，制备出一系列淀粉基水煤浆分散剂。优化制备工艺条件，如反应温度、反应时间、原料配比等，以提高分散剂的性能。

淀粉基水煤浆分散剂的性能研究：对制备的淀粉基水煤浆分散剂进行性能测试，包括分散性能、降黏性能、稳定性能等。考察分散剂用量、水煤浆浓度、煤种等因素对水煤浆性能的影响规律，确定最佳的应用条件。

淀粉基水煤浆分散剂的作用机理研究：运用现代分析测试技术，如红外光谱、扫描电镜、Zeta电位分析仪等，对淀粉基分散剂与煤颗粒之间的相互作用进行研究，揭示其分