系统、完整地研究添加剂的主结构特征、取代基的性质、聚合度、磺化度、HLB值等分子结构特征与水煤浆浆体的表观粘度、流变性能及静态稳定性之间的匹配关系,考察添加剂的分子结构特征对添加剂在各水煤浆中煤粒表面吸附特性的影响以及相应对煤浆动电势的影响,探讨添加剂分子结构特征与煤质及煤表面物理化学性质(如煤表面含氧官能团、真密度、煤岩组成、煤粒孔结构分布等)间的匹配关系及其对煤浆各性质的影响,揭示添加剂分子结构特征与煤质及煤浆各性质间的匹配规律及其作用机理。从根本上改变添加剂筛选过程的经验性和盲目性,为不同煤种研制不同的高效能水煤浆添加剂奠定理论基础,为其它粗分散体系(如石油钻井泥浆等)进行类似的研究提供理论依据。
具有高浓度、低表观黏度、良好的流变性能以及长时间稳定性的水煤浆有利于煤浆的运输、管道输送、储存、雾化以及燃烧,而水煤浆浆体的各性质主要是由添加剂来调控的。由于不同的煤在煤质以及煤表面物理化学性质等方面差异较大,因此煤质及其煤浆各性质与添加剂的分子结构间存在一定的匹配关系和匹配规律。本项目主要研究了添加剂的分子结构特征与煤质及水煤浆浆体各性质间的匹配规律。研究发现(1)在水煤浆制备过程,添加剂的主结构特征对水煤浆的表观黏度和流变性能以及静态稳定性等方面的调控起重要的作用;(2)添加剂主结构上的取代基的性质对浆体各性质均产生一定程度的影响;(3)添加剂(阴离子和非离子)的聚合度对煤浆各性质有显著的影响,在最佳的聚合度范围可制备高浓度的水煤浆;(4)添加剂磺化度的增加有利于改善煤浆的流变性能;(5)阴离子添加剂的聚合度对煤浆各性质的影响规律与相应的动电势和添加剂的吸附性能等有关;(6)添加剂对煤浆性质的调控还与煤的分析基水分、含氧官能团以及孔体积等煤的性质有相关性。该研究为水煤浆高效添加剂的研制提供理论依据。