木聚糖作为分散剂在水煤浆中的应用

本发明属于生物质精炼及精细化学品领域，具体涉及木聚糖作为分散剂在水煤浆中的应用。

背景技术：

1、木聚糖是半纤维素最重要的种类之一，广泛存在于阔叶木、油茶果壳、蔗渣、秸秆等植物生物质中，是储量丰富且可再生的天然资源，其天然的表面活性在乳液、分散剂等精细化学品中极具应用潜力。然而，制浆造纸、林业采伐加工等行业作为上述植物的主要消耗者，其对于生产废弃物中富含的大量木聚糖，仍以低值化的能源燃烧为主要利用途径，糠醛、木糖醇等小分子化学品的生产为辅助途径，木聚糖资源严重浪费。原因在于：木聚糖的高价值化学品转化路线通常需要苛刻的水解条件或化学衍生化手段，工艺复杂，造价高昂，环境污染严重，限制了木聚糖基高值工业化学品开发。

2、水煤浆是一种由煤、水、分散剂制成的新型洁净煤基液体燃料，它既继承了煤炭的原生理化特性，可雾化燃烧，还具备像石油一样的良好流变性、触变性和稳定性，可泵送运输，大大提升了燃烧的效率。但，水煤浆作为热力学不稳定体系，强依赖于分散剂对疏水颗粒煤粉在水中的有效分散，从而保障体系的流变性和稳定性。因此，选择适宜的水煤浆分散剂至关重要。目前，市场应用较为广泛的水煤浆分散剂主要归类为萘磺酸盐类和聚羧酸类，二者皆具备分散性好，流动性好，降黏效果强优势，但也面临浆料稳定性差、煤种适应范围窄、石油基原料不可再生、环境毒性较强等弊端。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有水煤浆的分散剂效能低、稳定性能差、煤种适应范围单一、石油基原料不可再生、环境毒性大的问题，提供了木聚糖作为分散剂在水煤浆制备中的用途。

2、本发明目的通过以下技术方案实现：

3、本发明提供了木聚糖作为分散剂在制备水煤浆中的应用。

4、所述应用具体为：(1)将木聚糖分散在水中，得到木聚糖水分散液，然后进行物理剪切处理，得到木聚糖水胶体分散体系，即所述木聚糖分散剂；(2)将煤粉与木聚糖水胶体分散体系机械均匀混合以制得水煤浆，所述水煤浆中各组分的重量份数如下：煤粉(绝干质量)50～60份，水40～50份，木聚糖0.1～0.3份。

5、优选地，步骤(2)所述煤粉包括(但是不限于)制浆性较差的褐煤、不黏煤、长焰煤和易制浆的气煤、1/3焦煤中的一种。

6、优选地，步骤(2)所述机械均匀混合方式包括(但是不限于)磁力搅拌、高速均质、高压均质中的一种；高速均质和高压均质处理的单位体积功率密度为10～30w/ml，时间为10～30min；磁力搅拌处理的转速为400～800rpm，时间为1～10min。

7、优选地，步骤(1)所述物理剪切处理为超声破碎、常压均质中的一种；所述物理剪切处理的功率为10～30w/ml，所述物理剪切处理的时间为1～5min。

8、经物理改性调控木聚糖的尺寸规整度，从而增强木聚糖基分散剂的空间位阻和亲疏水特性，提高对煤粒表面的吸附程度，进一步降低水煤浆的界面张力，提高水煤浆的稳定性、流动性。

9、优选地，步骤(1)所述木聚糖的重均分子量不低于20000，多分散系数不高于3.0。

10、优选地，步骤(1)所述木聚糖通过如下步骤制备：将农林生物质粉碎、干燥，加入碱液中，进行蒸煮反应，过滤取滤液，调节所述滤液的ph为4.0～6.0，搅拌状态下将所述滤液与醇类有机溶剂混合，取沉淀，干燥得到木聚糖。

11、更优选地，所述农林生物质原料为杨木、桉木、桦木、油茶果壳、玉米秸秆中的至少一种。

12、更优选地，所述的所述粉碎为通过机械剪切或破碎的方法将大颗粒原料粉碎至直径为12～25mm。

13、更优选地，所述的碱液为氢氧化钠溶液，碱液的浓度为4.00～8.00wt％。

14、更优选地，农林生物质原料的绝干质量与碱液的体积之比为1g：4ml～1g：16ml。

15、更优选地，所述蒸煮反应由以下程序获得：加热及保温；所述加热为室温旋转加热至115～155℃，升温速率为2℃/min；所述保温为达到指定加热温度后维持该温度60～180min。

16、更优选地，调节滤液ph所用的ph试剂为无机碱和/或无机酸，具体为氢氧化钠和浓盐酸。

17、更优选地，ph调至4.0～6.0的滤液与醇类有机溶剂的体积比为1：3；所述醇类有机溶剂为乙醇、丙醇和丁二醇中的至少一种。

18、更优选地，滤液与醇类有机溶剂混合后，需静置6h以上。

19、碱法提取条件与木聚糖分子链的脱除程度息息相关，木聚糖二次修饰的手段与亲疏水性能的平衡也密不可分。通过优化碱法提取的条件，可调控生产具有不同化学组成及分子量的木聚糖，从而控制木聚糖在水分散液中的网络空间位阻效应和亲水-疏水特性；进一步地，通过适宜的物理机械手段修饰木聚糖尺寸以达到均匀有序排布，可简单、绿色地赋予木聚糖更加优异的亲水-疏水性能，从而利用疏水端稳定地排列在疏水性颗粒表面，亲水端和空间位阻效应共同降低颗粒表面张力，阻止颗粒缔合。

20、与现有技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：

21、1、本发明将木聚糖作为分散剂应用于水煤浆中，相较于常用的石油基水煤浆分散剂，源于农林生物质中的木聚糖，既丰富可再生，且提取和物理修饰过程绿色、无毒无害，且优异的亲水-疏水特性可大幅降低水煤浆黏度，提高浆料稳定性和流动性，拓宽了分散剂适用的煤种范围，有效分散易制浆的中高阶煤粉(如气煤和1/3焦煤)和制浆性较差的低阶煤粉(如褐煤、不黏煤和长焰煤)。

22、2、本发明通过物理机械修饰木聚糖，即可实现尺寸分布均匀有序，具有良好的水分散性及平衡的亲疏水特性，使其能够很好地在水中分散，并能够稳定地吸附在疏水煤颗粒表面，形成空间位阻，进而防止煤粒间团聚，提高了作为分散剂的木聚糖对水煤浆的流动性、稳定性。

23、3、本发明将木聚糖作为分散剂应用于水煤浆中，具有可降解、绿色环保、成本低廉、制备工艺简单、制备条件温和、较高的分散性能以及优异的水煤浆分散降黏性，稳定性等优点。

技术特征：

1.木聚糖作为分散剂在制备水煤浆中的应用。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述应用具体为：(1)将木聚糖分散在水中，得到木聚糖水分散液，然后进行物理剪切处理，得到木聚糖水胶体分散体系，即所述木聚糖分散剂；(2)将煤粉与木聚糖水胶体分散体系机械均匀混合以制得水煤浆，所述水煤浆中各组分的重量份数如下：煤粉(绝干质量)50～60份，水40～50份，木聚糖0.1～0.3份。

3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，步骤(2)所述煤粉包括褐煤、不黏煤、长焰煤、气煤、1/3焦煤中的一种。

4.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，步骤(2)所述机械均匀混合方式包括磁力搅拌、高速均质、高压均质中的一种；高速均质和高压均质处理的单位体积功率密度为10～30w/ml，时间为10～30min；磁力搅拌处理的转速为400～800rpm，时间为1～10min。

5.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，步骤(1)所述物理剪切处理为超声破碎、常压均质中的一种；所述物理剪切处理的功率为10～30w/ml，所述物理剪切处理的时间为1～5min。

6.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，步骤(1)所述木聚糖重均分子量不低于20000，多分散系数不高于3.0。

7.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，步骤(1)所述木聚糖通过如下步骤制备：将农林生物质粉碎、干燥，加入碱液中，进行蒸煮反应，过滤取滤液，调节所述滤液的ph为4.0～6.0，在搅拌状态下将所述滤液与醇类有机溶剂混合，取沉淀，干燥得到木聚糖。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述农林生物质原料为杨木、桉木、桦木、油茶果壳、玉米秸秆中的至少一种；

9.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述的碱液为氢氧化钠溶液，碱液的浓度为4.00～8.00wt％；

10.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，调节滤液ph所用的ph试剂为无机碱和/或无机酸，具体为氢氧化钠和浓盐酸；

技术总结本发明属于生物质精炼及精细化学品领域，具体涉及木聚糖作为分散剂在水煤浆中的应用。所述应用具体为：(1)将木聚糖分散在水中，得到木聚糖水分散液，然后进行物理剪切处理，得到木聚糖水胶体分散体系，即所述木聚糖分散剂；(2)将煤粉与木聚糖水胶体分散体系机械均匀混合以制得水煤浆。本发明将木聚糖作为分散剂应用于水煤浆中，具有可降解、绿色环保、成本低廉、制备工艺简单、制备条件温和、较高的分散性能以及优异的水煤浆分散降黏性，稳定性等优点。技术研发人员：项舟洋,王宇晗,苏文德,孙廷聪,张玉永,刘强受保护的技术使用者：华南理工大学技术研发日：技术公布日：2024/2/1