利用咪唑离子液体合成聚天冬氨酸方法及其阻垢性能研究

论文摘要

针对以传统有机溶剂为反应介质合成聚天冬氨酸方法中存在的不足之处,本文从反应体系本身着手,选用一类热稳定性强、对反应物溶解性好且具有催化作用的咪唑离子液体作为聚天冬氨酸液相合成的反应溶剂,从[Bmim]Cl、[Bmim]Br和[Hmim]HSO4中筛选出最佳反应体系,并对咪唑类离子液体中聚天冬氨酸（PASP）的合成过程及阻垢性能进行研究。最后对离子液体催化合成PASP机理进行简要分析。结果表明,L-Asp单体在3种咪唑类离子液体中均能发生聚合反应生成最终产物PASP;[Bmim]Br中合成的聚合物产率和阻垢率最高,产物PASP中p体构型所占比例可达74%；[Bmim]Br中L-Asp聚合最佳条件：控制合成温度155℃、L-Asp质量百分比33.3%条件下合成2.0h,产物产率为66.31%,阻垢率为94.66%,产物分子量可达到3506。H3P04催化剂占反应物质量百分比为25%时,产物阻垢率可达96.50%,分子量为4725；与传统有机溶剂相比,采用[Bmim]Br离子液体作为反应溶剂,能够使L-Asp单体的溶解温度降低35℃,聚合反应温度180℃降低至155℃,阻垢率提升5%左右。加入H3P04催化剂条件下,聚合反应温度降低至135℃,阻垢率提升6～7%；PASP阻CaCO3垢最佳应用条件为,PASP剂量4mg/L、反应时间6h、反应温度80℃、钙离子浓度250mg/L;[Bmim]Br离子液体中的阴离子Br-为吸电子基团,在L-Asp聚合过程中能够使反应单体的羰基碳带有更多正电性,利于亲核试剂氨基对羧基进攻,加速二者脱水缩合,对聚合反应具有催化作用。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 聚天冬氨酸合成研究进展
• 1.1.1 聚天冬氨酸简述
• 1.1.2 聚天冬氨酸固相合成
• 1.1.3 聚天冬氨酸液相合成
• 1.2 离子液体
• 1.2.1 离子液体简述分析
• 1.2.2 离子液体中聚合反应研究进展
• 1.2.3 离子液体体系中合成PASP可行性分析
• 1.3 论文研究内容、目的及意义
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究目的及意义
• 第2章 实验部分
• 2.1 实验试剂及仪器
• 2.1.1 实验原料与试剂
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 离子液体合成方法
• 2.2.1 氯代1-丁基-3-甲基咪唑离子液体的合成
• 2.2.2 咪唑硫酸氢盐离子液体的合成
• 2.2.3 溴代1-丁基-3-甲基咪唑离子液体的合成
• 2.3 离子液体中聚天冬氨酸合成方法
• 2.3.1 聚琥珀酰亚胺合成方法
• 2.3.2 离子液体与聚琥珀酰亚胺分离方法
• 2.3.3 聚天冬氨酸提纯方法
• 2.4 样品结构分析与表征手段
• 2.4.1 离子液体结构表征
• 2.4.2 聚合物结构表征
• 3水垢表征'>2.4.3 CaCO₃水垢表征
• 2.4.4 聚合物粘均分子质量测定
• 2.5 阻垢性能测定
• 2.6 聚合物产率的测定
• 2.7 聚天冬氨酸构型比例计算方法
• 3垢中球霰石含量计算方法'>2.8 CaCO₃垢中球霰石含量计算方法
• 第3章 离子液体反应体系确定
• 3.1 实验现象观察分析
• 3.1.1 离子液体溶解L-天冬氨酸的温度
• 3.1.2 离子液体对L-天冬氨酸的溶解性能
• 3.1.3 离子液体中L-天冬氨酸初始聚合温度
• 3.2 离子液体中L-天冬氨酸聚合产物分析
• 3.2.1 不同离子液体中聚合产物阻垢率分析
• 3.2.2 不同离子液体中聚合产物产率分析
• 3.3 聚合产物结构分析
• 3.3.1 红外光谱表征分析
• 3.3.2 核磁共振氢谱分析
• 3.4 聚合产物α、β构型分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 利用[Bmim]Br合成聚天冬氨酸方法研究
• 4.1 合成条件对聚合物产率的影响
• 4.1.1 反应温度对产率的影响
• 4.1.2 L-天冬氨酸质量百分比对产率的影响
• 4.1.3 反应时间对产率的影响
• 4.1.4 催化剂对产率的影响
• 4.2 合成条件对聚合物阻垢率的影响
• 4.2.1 反应温度对阻垢率的影响
• 4.2.2 L-天冬氨酸质量百分比对阻垢率的影响
• 4.2.3 反应时间对阻垢率的影响
• 4.2.4 催化剂对阻垢率的影响
• 4.3 合成条件对聚合物分子量的影响
• 4.3.1 反应温度对分子量的影响
• 4.3.2 L-天冬氨酸质量百分比对分子量的影响
• 4.3.3 反应时间对分子量的影响
• 4.3.4 催化剂对分子量的影响
• 4.4 聚合产物分子量与阻垢性能关系研究
• 4.5 本章小结
• 第5章 聚合产物阻垢性能评价
• 5.1 应用条件对聚天冬氨酸阻垢率的影响
• 5.1.1 聚天冬氨酸用量对阻垢率影响
• 5.1.2 反应时间对阻垢率影响
• 5.1.3 钙离子浓度对阻垢率影响
• 5.1.4 反应温度
• 5.1.5 溶液pH值
• 3垢晶型分析'>5.2 CaCO₃垢晶型分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 利用[Bmim]Br催化合成聚天冬氨酸机理分析
• 6.1 酰胺聚合过程分析
• 6.2 离子液体中L-天冬氨酸存在形态分析
• 6.2.1 红外谱图分析
• 6.2.2 紫外吸收光谱分析
• 6.3 [Bmim]Br催化合成聚天冬氨酸过程分析
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的论文