Структурно-реологические свойства высококонцентрированных гидросуспензий угля в присутствии магниевых сульфолигнинов и моносахаридов
Изучены процессы структурообразования и взаимодействия частиц твердой фазы в высококонцентрированных гидросуспензиях угля. Предложен способ достижения высокой концентрации угля в гидросуспензии с помощью механохимической модификации поверхности твердой фазы и структурирования дисперсионной среды маг...
Saved in:
| Published in: | Украинский химический журнал |
|---|---|
| Date: | 2009 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України
2009
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/82499 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Структурно-реологические свойства высококонцентрированных гидросуспензий угля в присутствии магниевых сульфолигнинов и моносахаридов / Д.П. Савицкий, А.С. Макаров, В.А. Завгородний, О.М. Кобитович // Украинский химический журнал. — 2009. — Т. 75, № 6. — С. 85-90. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859618151792115712 |
|---|---|
| author | Савицкий, Д.П. Макаров, А.С. Завгородний, В.А. Кобитович, О.М. |
| author_facet | Савицкий, Д.П. Макаров, А.С. Завгородний, В.А. Кобитович, О.М. |
| citation_txt | Структурно-реологические свойства высококонцентрированных гидросуспензий угля в присутствии магниевых сульфолигнинов и моносахаридов / Д.П. Савицкий, А.С. Макаров, В.А. Завгородний, О.М. Кобитович // Украинский химический журнал. — 2009. — Т. 75, № 6. — С. 85-90. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Украинский химический журнал |
| description | Изучены процессы структурообразования и взаимодействия частиц твердой фазы в высококонцентрированных гидросуспензиях угля. Предложен способ достижения высокой концентрации угля в гидросуспензии с помощью механохимической модификации поверхности твердой фазы и структурирования дисперсионной среды магниевым сульфолигнином и моносахаридами. Рассмотрено взаимодействие и формирование адсорбционных контактов между органической и неорганической составляющими угля под влиянием механоактивации в водной среде.
Доведено можливість підвищення концентрації твердої фази гідросуспензій вугільних шламів із хімічно неоднорідною поверхнею за рахунок механохімічної модифікації поверхні та структурування дисперсійного середовища магнійбісульфітним щолоком. Розглянуто механізм взаємодії вугільних і глинистих частинок із адсорбційними шарами, сформованими за допомогою магнієвого сульфолігніну і моносахаридів.
The possibility a high concentration of solid phase coal-water suspensions having different chemical surfaces from mechanochemical activations surface of coal with lignosulfonate magnesium has been proved. The mechanism of coals and clays particles interactions in presence of adsorption layers lignosulfonate magnesium and monosaccarides was established.
|
| first_indexed | 2025-11-28T23:41:05Z |
| format | Article |
| fulltext |
1. Гончарук В.В., Смирнов В.Н ., Сыроешкин А .В.,
Маляренко В.В. // Химия и технол. воды. -2007.
-29, № 1. -С. 3—17.
2. Гончарук В.В., Орехова Е.А ., Маляренко В.В. //
Там же. -2008. -30, № 2. -С. 150—158.
3. Зацепина Г.Н . Физические свойства и структура
воды. -М .: Изд-во Моск. ун-та, 1998.
4. Некрасов Б.В. Основы общей химии. -М.: Химия, 1969.
5. Пат. 2083210 РФ, МКИ6 А61К33/40. -Опубл. 10.07.97.
6. Пат. 2139062 РФ, МКИ6 А61К33/00, 7/00, 9/00.
-Опубл. 10.10.99.
7. Справочник химика / Под ред. С.А. Зониса, Г.А.
Симонова. -Л.: Гос. научно-техн. изд-во хим. лит.,
1962. -Т. 1.
Институт коллоидной химии и химии воды Поступила 06.03.2008
им. А.В. Думанского НАН Украины, Киев
УДК 541.183:622.33+622.693
Д.П. Савицкий, А.С. Макаров, В.А. Завгородний, О.М. Кобитович
СТРУКТУРНО-РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
ВЫСОКОКОНЦЕНТРИРОВАННЫХ ГИДРОСУСПЕНЗИЙ УГЛЯ
В ПРИСУТСТВИИ МАГНИЕВЫХ СУЛЬФОЛИГНИНОВ И МОНОСАХАРИДОВ
Изучены процессы структурообразования и взаимодействия частиц твердой фазы в высококонцентриро-
ванных гидросуспензиях угля. Предложен способ достижения высокой концентрации угля в гидросуспен-
зии с помощью механохимической модификации поверхности твердой фазы и структурирования диспер-
сионной среды магниевым сульфолигнином и моносахаридами. Рассмотрено взаимодействие и формирование
адсорбционных контактов между органической и неорганической составляющими угля под влиянием ме-
ханоактивации в водной среде.
Главным фактором при получении высококон-
центрированных дисперсных систем являются про-
цессы коагуляционного структурообразования, а
основными свойствами — структурно-реологиче-
ские. Комплексное изучение этих свойств, а также
влияния на них физико-химических факторов во
многом определяет и закладывает основу созда-
ния многих промышленных дисперсий и высоко-
концентрированных коллоидных систем.
Высококонцентрированные угольные диспер-
сии используются для гидрогенизации газифика-
ции или как водоугольное и дизельное топливо
[1—4]. Для того чтобы они обладали необходимы-
ми теплотехническими характеристиками, содер-
жание дисперсной фазы, то есть угля, либо отхо-
дов углеобогащения в дисперсионной среде дол-
жно быть максимально возможным. В случае при-
менения в качестве водоугольного топлива уро-
вень эффективной вязкости η не должен превы-
шать 2 Па⋅с при скорости сдвига Dr=9 c–1, кроме
того, системы должны быть седиментационно и
агрегативно устойчивыми (для возможности их
транспортировки, хранения и сжигания).
Образование пространственной структурной
сетки и ее резкое упрочнение по мере роста концен-
трации и дисперсности твердой фазы и невозмо-
жность эффективного разрушения связей за счет
теплового движения становятся главными пре-
пятствиями на пути управления структурно-рео-
логическими свойствами угольных гидросуспен-
зий и степенью их однородности. Для устранения
этих препятствий необходимо создать в структури-
рованной дисперсной системе такое динамическое
состояние, при котором все обратимые по проч-
ности контакты между частицами дисперсной фа-
зы либо разрушены, либо уменьшена сила взаимо-
действия между ними и реализуется наибольшая
текучесть при наименьшем уровне эффективной
вязкости [5].
Для достижения такого состояния в высоко-
концентрированных гидросуспензиях угля была
использована механохимическая модификация по-
верхности угольных частиц, изменение свойств ди-
сперсной фазы и структуры дисперсионной среды
с помощью магниевого сульфолигнина (СЛMg) и
моносахаридов (глюкозы, маннозы, галактозы, кси-
лозы, арабинозы).
В качестве высококонцентрированных дис-
© Д.П . Савицкий, А.С. Макаров, В.А. Завгородний, О.М . Кобитович , 2009
ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2009. Т. 75, № 6 85
персных систем изучались гидросуспензии угля мар-
ки Г зольностью Аd=8.2 % и угольных шламов
той же марки угля зольностью Аd=34 % и Аd=
=47.2 %, которые получали механоактивацией уг-
ля в дисперсионной среде, в шаровой мельнице. В
качестве дисперсионной среды использовали дис-
тиллированную воду.
Органическая масса углей содержит следующие
структурные фрагменты: Ar — ароматические
конденсированные кольца (число колец колеблет-
ся в среднем от 1 до 5); СА — циклоалкановые
фрагменты; Х — функциональные группы (–OH,
–COOH, –NH2 , –SH); R — алкильные заместите-
ли (С1–Сn); М — “мостик” (–(СН2)m–, –О–, –О–СН2–,
–NH–, –S–, –СА–). Минеральная часть углей пред-
ставлена в основном глинистым материалом, в од-
ном случае практически не связанным с органиче-
ской частью, в другом — находящемся в тесном
контакте с ней в виде углеминеральных образо-
ваний. Три основных класса минералов образуют
основное количество веществ, сопровождающих
ископаемые угли: 1) силикаты, в основном алю-
мосиликаты, то есть глины и сланцы; 2) сульфи-
ды, в которых преобладает сульфид железа; 3) кар-
бонаты кальция, магния, железа. Эти три класса
минералов составляют 95—98 % всей минераль-
ной части угля. Неорганическая составляющая уго-
льного шлама в основном представлена глинистым
конгломератом аргиллитом. Аргиллит содержит
от 7 до 16 % органического вещества, его плот-
ность (ρ) может колебаться от 2.37 до 2.67 г/см3,
минеральная часть аргиллита представлена окси-
дами SiO2, Al2O3, Fe2O3, Na2O, карбонатами CaCO3,
MgCO3 и сульфатом кальция CaSO4⋅2Н2О.
Реологические параметры водоугольных гид-
росуспензий определяли на приборе Rheotest-2 с
помощью измерительной системы S/S2 (коак-
сиальные гладкие цилиндры) в диапазоне скорос-
тей сдвига Dr=1.0—437.4 c–1.
В случае применения лигносульфонатов нат-
рия (ЛСТNa), феррохромовых лигносульфонатов
(ФХЛС) и магниевых лигносульфонатов (ЛСТMg),
в состав которых не входят моносахариды, опти-
мальными являются концентрации добавки 0.8—
1.2 %, для которых наблюдаются минимальные
значения эффективной вязкости (η) при повыше-
нии концентрации шлама в ВУТ. Гидросуспензии
на основе угольных шламов при концентрации тве-
рдой фазы 70 % с добавкой ЛСТNa и NaOH имеют
наименьшую вязкость (η=1.02 Па⋅с) и сдвиговую
прочность (τ =9.18 Па) по сравнению с остальны-
ми лигносульфонатами (табл. 1), но наилучшей
стабильностью на протяжении месяца характери-
зуется ВУТ с добавкой ЛСТMg.
Для изучения влияния моносахаридов в сос-
таве магниевых лигнoсульфонатов на структурно-
реологические свойства высококонцентрирован-
ных гидросуспензий угольных шламов применяли
магнийбисульфитный щелок (MgБСЩ ). Водный
раствор MgБСЩ до упаривания содержит 9 % су-
хого вещества и имеет такой состав: CЛMg — 6.6 %,
моносахариды (частично сульфированные) — 2.2 %,
прочие — 0.2 %, вода — 91.0 %. После нейтрали-
зации щелок имеет рН 5 [6].
Важным является то, что сульфогруппа присо-
единена к ароматическому кольцу лигнина через
углеродный мостик, и это определяет более высо-
кую степень свободы диссоциированных молекул.
По молекулярной массе сульфолигнин можно раз-
делить на три основные фракции: низко – 320—
560 (содержание 44.23 %), средне – 810—3590 (со-
держание 27.26 %) и высокомолекулярную 11900
—26200 (содержание 27.80 %), прочие – 0.71 %.
В состав MgБСЩ входят в основном такие
моносахариды, как глюкоза, манноза, галактоза
(С6Н12О6), а также ксилоза и арабиноза (С5Н10О5).
Часть сахаридов сульфированы. По активности к
сульфированию моносахариды располагаются в
следующий ряд: арабиноза > ксилоза > галактоза
> глюкоза.
Неорганическая и физическая химия
Т а б л и ц а 1
Состав и реологические параметры высококонцентри-
рованных гидросуспензий угольных шламов марки Г
(W a=7 %, Аd=34 %) в присутствии различных добавок
Состав высококонцентрированных
гидросуспензий η, Па⋅с τ, Па
67 % Угольный шлам + 1 % добавки
[(70 %) ЛСТNa + (30%) NaOH]
0.83 7.47
67 % Угольный шлам + 1 % добавки
[(70 %) ФХЛС + (30 %) NaOH]
0.89 8.01
67 % Угольный шлам + 1 % добавки
[ЛСТMg]
0.95 8.55
70 % Угольный шлам + 1 % добавки
[(70 %) ЛСТNa + (30 %) NaOH]
1.02 9.18
70 % Угольный шлам + 1 % добавки
[(70 %) ФХЛС + (30 %) NaOH]
1.07 9.63
70 % Угольный шлам + 1 % добавки
[ЛСТMg]
1.10 9.90
86 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2009. Т. 75, № 6
Для получения сахаридов 200 г MgБСЩ пло-
тностью 1.27 г/см3 (массовая доля сухого вещест-
ва 40 %) смешивали с 300 см3 этилового спирта,
загружали в колбу с обратным холодильником и
кипятили на протяжении 3 ч 30 мин. После тща-
тельного перемешивания (30 мин) смесь выдержи-
вали еще 3 ч, жидкую фракцию отделяли от осад-
ка и получали спиртовый раствор с экстрагирован-
ными сахаридами. В дальнейшем раствор упари-
вали и получали 86 г концентрата сахаридов с мас-
совой долей сухого вещества 50.4 %. Необходимо
отметить, что, кроме сахаридов, концентрат содер-
жит незначительное количество низкомолекуляр-
ных карбоновых и альдоновых кислот, которые то-
же перешли в спиртовый раствор.
Для отделения органической компоненты уго-
льного шлама от минеральной проводили плотно-
стно-гравитационную флотацию, для этого в ста-
кан емкостью 2 дм3 загружали 500 г сухого угольно-
го шлама и 0.7 дм3 дистиллированной воды. Смесь
периодически перемешивали на протяжении 3 сут.
После расслоения смеси воду сливали и опреде-
ляли ее объем. В качестве флотореагента исполь-
зовали водный раствор натриевой соли кремний-
вольфрамовой кислоты Na8[Si(W2O7)6]⋅nH2O, плот-
ностью 2.3 г/см3. Вследствие разбавления флото-
реагента остаточной водой шлама плотность его
снизилась до 1.93 г/см3. В этих условиях угольные
частицы, имеющие плотность 1.55—1.75 г/см3 ос-
таются на поверхности жидкости, а минеральные
частицы (ρ=2.1—2.5 г/см3) выпадают в осадок. Пос-
ле десятикратной промывки образцов дистилли-
рованной водой получали отдельно угольную и ми-
неральную составляющую шламов, которые при-
меняли для получения гидросуспензий.
Анализ реологических свойств гидросуспен-
зий А, Б (табл. 2) при концентрации твердого вещес-
тва в системе (Ст) 72 % и концентрации добавки
на массу твердого вещества (Сд) 3 % показал, что
вязкость системы А напрямую зависит от прочно-
сти сдвига в исследуемом диапазоне скоростей
сдвига (Dr) и характеризует течение неньютонов-
ских жидкостей.
Для системы А скорость сдвига Dr=5.4 c–1 яв-
ляется критической, поскольку после разгрузки
Pм
D=0 (Pм
D — параметр, характеризующий дли-
тельную прочность структуры и определяющийся
нагрузкой, которую может выдержать разрушен-
ная или восстановленная структура в статических
условиях). Это означает, что система была час-
тично разрушена и необходимы статические усло-
вия для ее восстановления. Дальнейшее увеличе-
ние скорости сдвига до Dr=27.0 c–1 приводит к про-
явлению релаксационных процессов.
Система Б при малых скоростях (Dr=1.8—
3.0 c–1) не создает сопротивления сдвигу, поско-
льку в отличие от системы А имеет другой уро-
вень организации структуры. Первое отличие такой
структуры — одинаковый уровень величин преде-
льной, статичной и динамичной сдвиговой проч-
ности в условиях ламинарного течения (Dr=1.8—
9.0 c–1). Это означает, что вследствие действия ди-
намической нагрузки в указанных границах стру-
ктура системы изменяется синхронно с величиной
сдвига, поэтому скорость нагрузки и скорость ре-
лаксации уравновешены на всех участках этого
диапазона. Второе отличие — отсутствие длитель-
ной прочности системы Б после снятия нагрузки.
Появление граничной сдвиговой прочности при
нагрузке в турбулентном режиме (Dr=16—27 c–1)
свидетельствует о значительной интенсификации
межчастичного взаимодействия в системе Б за счет
влияния энергетического фактора на перестройку
структуры. В интервале скоростей сдвига Dr=1.8
—27 c–1 вязкость системы изменяется мало и не
имеет четко выраженной скорости сдвига, что ха-
Т а б л и ц а 2
Зависимость вязкости (η, Па⋅с) высококонцентрированных гидросуспензий угольных шламов марки Г (Аd=47.2) в
присутствии MgБСЩ и моносахаридов от скорости сдвига (Dr , с
–1)
Состав
η, Па⋅с
Dr=1.8 Dr=3.0 Dr=5.4 Dr=9.0 Dr=16.0 Dr=27.0
Угольный шлам, MgБСЩ ,
вода (А)
4.32 3.71 2.26 1.29 0.90 0.66
Угольный шлам, моносаха-
риды, вода (Б)
0.93 1.11 1.55 1.48 1.57 1.85
ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2009. Т. 75, № 6 87
рактерно для слабоструктурированной системы,
промежуточной между ньютоновской и ненью-
тоновской жидкостями. Седиментационная устой-
чивость системы Б в статических условиях огра-
ничена 1.6 сут, что почти в 15 раз меньше, чем для
системы А.
Для понимания механизма действия составля-
ющих MgБСЩ на высококонцентрированные гид-
росуспензии также изучали структурно-реологи-
ческие свойства систем В—Е (табл. 3). Получен-
ные данные свидетельствуют о том, что разжижа-
ющие свойства в составе MgБСЩ в первую оче-
редь проявляют моносахариды. Эта группа хи-
мических соединений эффективно действует на
гидросуспензии угля и угольных шламов (рисунок,
а, кривые 2,3,5,6). Менее эффективным является
их действие на минеральную гидродисперсию
(рисунок, а, кривые 7—9), вязкость которой резко
возрастает с повышением концентрации аргилли-
та в дисперсной системе, в отличие от угольных и
шламоугольных гидросуспензий. Высококонцен-
трированные гидросуспензии Б, Г, Е с добавкой
моносахаридов хотя и отличаются низкой вязко-
стью, являются слабоструктурированными и седи-
ментационно неустойчивыми.
При добавлении MgБСЩ к водоугольным и
минеральным гидросуспензиям эффективного раз-
жижения не наблюдается (рисунок, б, кривые 4
—6, 7—9). По отношению к гидросуспензиям на
основе угольного шлама Г (Аd=47.2 %) эта доба-
вка комплексного действия является уникальной,
ее присутствие способствует образованию лаби-
льной структуры в высококонцентрированных ди-
сперсиях, содержащих как минеральную, так и ор-
ганическую составляющую в соотношениях 2:1
—1:1 соответственно (рисунок, б, кривые 1—3).
Т а б л и ц а 3
Зависимость вязкости (η) высококонцентрированных гидросуспензий от концентрации реологической добавки (Сд)
Состав системы Ст, %
η, Па⋅с при Сд
0.5 % 1.5 % 3.0 %
Угольный шлам, MgБСЩ , вода (А) 72.0 7.2 3.8 1.29
Угольный шлам, моносахариды, вода (Б) 72.2 4.3 2.4 1.48
Минеральная составляющая угольного шлама, MgБСЩ , вода (В) 69.9 6.5 5.7 5.3
Минеральная составляющая угольного шлама, моносахариды, вода (Г) 70.1 7.1 4.4 3.7
Органическая составляющая угольного шлама, MgБСЩ , вода (Д) 70.0 7.2 6.9 6.2
Органическая составляющая угольного шлама, моносахариды, вода (Е) 70.3 5.1 1.8 1.2
Неорганическая и физическая химия
Зависимость вязкости высококонцентрированных гидросуспензий от содержания твердой фазы при концентрации
моносахаридов (a) и МgБСЩ (б) 0.5, 1.5, 3 %. 1–3 — угольный шлам марки Г (Аd=47.2 %); 4–6 — уголь марки
Г (Аd=8.2 %); 7–9 — аргиллит.
a б
88 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2009. Т. 75, № 6
Модифицируя поверхность угольных шламов
Г зольностью Аd=47.2 % с помощью магнийби-
сульфитного щелока, удалось получить текучую гид-
росуспензию с концентрацией твердой фазы 75 %,
вязкостью 1.5 Па⋅с при скорости сдвига 9 с–1,
седиментационная устойчивость — 26 сут [7].
Эффективность действия MgБСЩ как разжи-
жающей и стабилизирующей добавки к гидросу-
спензиям угольных шламов обусловлена особен-
ностью взаимодействия угольных и минеральных
частиц. Исходя из полидисперсности молекул ли-
гносульфоната магния, мы считаем, что структу-
ра его мицеллы имеет ряд отличий, обусловлен-
ных объединением молекул различной молеку-
лярной массы. В первую очередь это означает, что в
мицелле объединены молекулы различной дли-
ны и массы, которые могут отличаться почти на
два порядка. Кроме того, ион магния может соеди-
нять две сульфогруппы, принадлежащие сегмен-
там смежных комплексов. Гидрофобные цепи, сво-
рачиваясь в мицеллу, затягивают с собой внутрь
часть лиофильных функциональных групп, ослаб-
ляя тем самым адсорбционную активность лигно-
сульфонового комплекса к полярной поверхнос-
ти, которая может формироваться при механоак-
тивации глинистых частиц в гидросуспензиях. Учи-
тывая, что в молекуле ЛСТMg гидрофильно-липо-
фильный баланс сдвинут в сторону неполярных
групп, корона мицеллы имеет рыхлое строение, по-
скольку количества полярных цепей недостаточ-
но для формирования классической закрытой ми-
целлы. Поэтому некоторое количество молекул во-
ды, а вместе с ней и ионов, проникает в приповерх-
ностный слой ядра мицеллы [8]. Хотя концентра-
ция ЛСТMg в дисперсионной среде гидросус-
пензий угольных шламов в целом выше критиче-
ской концентрации мицеллообразования, в систе-
ме локально увиличивается количество несвязан-
ных диссоциированных молекул, что облегчает
сорбцию ЛСТMg на полярной поверхности —
как известно, катионные и неионогенные поверх-
ностно-активные вещества хорошо сорбируются из
воды на полярных поверхностях [9—11].
Молекулы сульфированных моносахаридов до-
статочно быстро сорбируются на поверхности уг-
ля, формируя сорбционный слой с помощью ио-
нов Мg2+. На такой модифицированной поверх-
ности угля сорбируются молекулы магниевого суль-
фолигнина, образуя второй сорбционный слой,
соединенный с минеральной поверхностью сульфо-
группой через Мg2+. Отрицательный заряд мине-
рала удерживает анион сульфогруппы второго
сорбционного слоя на дальнем энергетическом
уровне. Образованный частокол из групп — SO3
–
фиксирует частицы на определенном расстоянии
и не позволяет им сблизиться, что обеспечивает си-
стеме низкую вязкость, но не исключает ее седимен-
тацию из-за слабых структурно отдаленных связей.
Химическая связь сульфогрупп с поверхнос-
тью минерала в нашем случае не очень сильная
[12] и имеет склонность быстро восстанавлива-
ться, если разрыв связи произошел вследствие энер-
гетических флуктуаций.
Что касается адсорбции составляющих MgБСЩ
на гидрофобной поверхности угля, более актив-
ными к адсорбции являются сульфированные мо-
носахариды, которые в отличие от СЛMg не об-
разуют мицелл. Образование цельного моносор-
бционного слоя из молекул СЛMg осложняется
тем, что сорбционно незаполненная поверхность
угля имеет как гидрофильные, так и гидрофобные
участки, поэтому мономолекулярный сорбцион-
ный слой из сульфолигнина если бы и образовал-
ся, то имел бы неоднородную структуру, то есть
предусловие для образования второго сорбционно-
го слоя. Формирование второго сорбционного слоя
из молекул СЛMg поверх первого неодноро-
дного наталкивается на определенные трудности,
связанные с тем, что взаимодействие между моле-
кулами СЛMg и воды несколько больше, чем меж-
ду молекулами сульфолигнинов. Поэтому второй
слой может состоять преимущественно из моле-
кул воды [9].
Наиболее вероятно, что первый сорбционный
слой на поверхности угольных частиц образуют
сульфированные моносахариды. Отрицательный
заряд поверхности угля энергично отталкивает
сульфогруппы сорбата в сторону дисперсионной
среды, где формируется слой противоионов из маг-
ния и протонов гидрогена. Сольватированный ион
магния в окружении молекул воды можно пред-
ставить в виде мостика, который соединяет по-
верхность угля и минерала через молекулы суль-
фированных моносахаридов, с одной стороны, и
молекулы сульфолигнина, с другой. Это позволя-
ет частицам сблизиться и сформировать стеричес-
кую структуру, образованную водородными
связями между гидроксилами моносахаридов и
лигносульфонатами. Такая структура характери-
зуется низкой вязкостью и седиментационной ус-
тойчивостью (табл. 3, система А; рисунок, б, кри-
вые 1—3). Адсорбция молекул СЛMg в виде ми-
ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2009. Т. 75, № 6 89
целл сопутствует налипанию
высокодисперсных сорбцион-
но насыщенных частиц мине-
ральной составляющей уголь-
ного шлама на поверхности гру-
бодисперсных частиц угля. То-
лько интенсивная механоакти-
вация, при которой изменяют-
ся физико-химические свойст-
ва и структура ассоциатов, при-
водит к модификации поверх-
ности твердой фазы [14].
В случае формирования
сорбционных связей при контак-
те угля с минеральными части-
цами под влиянием механоак-
тивации возможно образование в системе уголь-
ный шлам—MgБСЩ—вода структуры, приведен-
ной на схеме.
Избыток протонов в кислой дисперсионной сре-
де MgБСЩ (рН 5) приводит к тому, что в отдель-
ных сегментах молекул сульфолигнина два про-
тона замещают ион магния, но в целом структура
сохраняется. На первом этапе, в результате взаи-
модействия магниевого сульфолигнина с минера-
льной поверхностью, между ионами Mg2+ и гид-
роксилами поверхности минерала образуется связь.
Далее, “свободный” ион магния может сшивать
ОН– группы угля и сульфомоносахаридов, вытес-
няя протоны.
Такая особенность структурообразования
позволяет считать, что в дисперсионной среде фор-
мируется лабильная структура из твердой фазы.
Она легко разрушается в условиях сдвига , одна-
ко обладает свойствами быстрого восстановления,
поскольку образована недостаточно сильными свя-
зями, что обеспечивает ее стабильность в статиче-
ских условиях.
РЕЗЮМЕ. Доведено можливість підвищення кон-
центрації твердої фази гідросуспензій вугільних шламів
із хімічно неоднорідною поверхнею за рахунок меха-
нохімічної модифікації поверхні та структурування ди-
сперсійного середовища магнійбісульфітним щолоком.
Розглянуто механізм взаємодії вугільних і глинистих
частинок із адсорбційними шарами, сформованими за
допомогою магнієвого сульфолігніну і моносахаридів.
SUMMARY. The possibility a high concentration of
solid phase coal-water suspensions having different chemi-
cal surfaces from mechanochemical activations surface of
coal with lignosulfonate magnesium has been proved. The
mechanism of coals and clays particles interactions in pre-
sence of adsorption layers lignosulfonate magnesium and
monosaccarides was established.
1. Макаров А .С., Янко С.В. // Уголь Украины. -1992.
-№ 3. -С . 3—5.
2. Ходаков Г.С. // Теплоэнергетика. -2007. -№ 1. -С. 35–45.
3. Kosuke Aiuchi, Ryo M oriyama, Shohei Taked et al. //
Fuel Processing Technology. -2007. -88. -P. 325—331.
4. Tao W u, M ei Gong, Ed Lester et al. // Fuel. -2007.
-86. -P. 972—982.
5. Урьев Н .Б . Высококонцентрированные дисперсные
системы. -М .: Химия, 1980.
6. Богомолов Б.Д., Сапотницкий С.А . Переработка суль-
фатного и сульфитного щелоков. -М.: Лесн. пром., 1989.
7. Пат. України №78404. Гідросуспензія C10 L 1/32.
-Опубл. 15.12.2006.
8. Кузнецов В.С., Усольцева Н .В., Блинов А .П ., Быкова
В.В. // Коллоид. журн. -2006. -68, № 3. -С. 318—326.
9. Адамсон А . Физическая химия поверхностей. -М .:
Мир, 1979.
10. Брутко В.В., Тарасевич Ю.И ., Малыш Г.Н . // Укр.
хим. журн. -2003. -69, № 5–6. -С. 24—26.
11. Тарасевич Ю .И . // Теорет. и эксперим. химия. -2001.
-37, № 4. -С. 199—215.
12. Шаповалов Н .А ., Слюсарь А .А ., Слюсарь О.А . //
Коллоид. журн. -2006. -68, № 3. -С. 384—390.
13. Joao B. Rodrigues Neto, Rodrigo M oreno // Appl.
Clay Science. -2008. -38. -Р. 209—218.
14. Макаров А .С., Янко С.В., Дегтяренко Т .Д., Завгородній
В.А . // Химия тв. топлива. -1993. -№ 3. -С. 41—46.
Неорганическая и физическая химия
Институт коллоидной химии и химии воды Поступила 25.03.2008
им. А.В. Думанского НАН Украины, Киев
90 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2009. Т. 75, № 6
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-82499 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0041–6045 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-28T23:41:05Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Савицкий, Д.П. Макаров, А.С. Завгородний, В.А. Кобитович, О.М. 2015-06-01T13:05:38Z 2015-06-01T13:05:38Z 2009 Структурно-реологические свойства высококонцентрированных гидросуспензий угля в присутствии магниевых сульфолигнинов и моносахаридов / Д.П. Савицкий, А.С. Макаров, В.А. Завгородний, О.М. Кобитович // Украинский химический журнал. — 2009. — Т. 75, № 6. — С. 85-90. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 0041–6045 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/82499 541.183:622.33+622.693 Изучены процессы структурообразования и взаимодействия частиц твердой фазы в высококонцентрированных гидросуспензиях угля. Предложен способ достижения высокой концентрации угля в гидросуспензии с помощью механохимической модификации поверхности твердой фазы и структурирования дисперсионной среды магниевым сульфолигнином и моносахаридами. Рассмотрено взаимодействие и формирование адсорбционных контактов между органической и неорганической составляющими угля под влиянием механоактивации в водной среде. Доведено можливість підвищення концентрації твердої фази гідросуспензій вугільних шламів із хімічно неоднорідною поверхнею за рахунок механохімічної модифікації поверхні та структурування дисперсійного середовища магнійбісульфітним щолоком. Розглянуто механізм взаємодії вугільних і глинистих частинок із адсорбційними шарами, сформованими за допомогою магнієвого сульфолігніну і моносахаридів. The possibility a high concentration of solid phase coal-water suspensions having different chemical surfaces from mechanochemical activations surface of coal with lignosulfonate magnesium has been proved. The mechanism of coals and clays particles interactions in presence of adsorption layers lignosulfonate magnesium and monosaccarides was established. ru Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України Украинский химический журнал Неорганическая и физическая химия Структурно-реологические свойства высококонцентрированных гидросуспензий угля в присутствии магниевых сульфолигнинов и моносахаридов Article published earlier |
| spellingShingle | Структурно-реологические свойства высококонцентрированных гидросуспензий угля в присутствии магниевых сульфолигнинов и моносахаридов Савицкий, Д.П. Макаров, А.С. Завгородний, В.А. Кобитович, О.М. Неорганическая и физическая химия |
| title | Структурно-реологические свойства высококонцентрированных гидросуспензий угля в присутствии магниевых сульфолигнинов и моносахаридов |
| title_full | Структурно-реологические свойства высококонцентрированных гидросуспензий угля в присутствии магниевых сульфолигнинов и моносахаридов |
| title_fullStr | Структурно-реологические свойства высококонцентрированных гидросуспензий угля в присутствии магниевых сульфолигнинов и моносахаридов |
| title_full_unstemmed | Структурно-реологические свойства высококонцентрированных гидросуспензий угля в присутствии магниевых сульфолигнинов и моносахаридов |
| title_short | Структурно-реологические свойства высококонцентрированных гидросуспензий угля в присутствии магниевых сульфолигнинов и моносахаридов |
| title_sort | структурно-реологические свойства высококонцентрированных гидросуспензий угля в присутствии магниевых сульфолигнинов и моносахаридов |
| topic | Неорганическая и физическая химия |
| topic_facet | Неорганическая и физическая химия |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/82499 |
| work_keys_str_mv | AT savickiidp strukturnoreologičeskiesvoistvavysokokoncentrirovannyhgidrosuspenziiuglâvprisutstviimagnievyhsulʹfoligninovimonosaharidov AT makarovas strukturnoreologičeskiesvoistvavysokokoncentrirovannyhgidrosuspenziiuglâvprisutstviimagnievyhsulʹfoligninovimonosaharidov AT zavgorodniiva strukturnoreologičeskiesvoistvavysokokoncentrirovannyhgidrosuspenziiuglâvprisutstviimagnievyhsulʹfoligninovimonosaharidov AT kobitovičom strukturnoreologičeskiesvoistvavysokokoncentrirovannyhgidrosuspenziiuglâvprisutstviimagnievyhsulʹfoligninovimonosaharidov |