改性天冬氨酸热缩聚合技术研究

论文摘要

目前普遍使用的阻垢缓蚀剂给环境带来的危害日趋严重,研制开发新的“环境友好型”阻垢缓蚀剂迫在眉捷。聚天冬氨酸（PASP）是一种具有良好阻垢缓蚀性能的生物高分子,它的可生物降解性引起了人们的极大兴趣,成为国内外研究的热点课题。但是,目前国外所采用的合成工艺中还存在产生污染的环节、分子量难控制、性能不稳定、产品成本高,无法实现工业化大生产等难题。针对这些问题,我们首次提出了L-天冬氨酸改性热缩聚合法来生产PASP的新工艺,并对工艺及合成产物进行系统研究。本研究工艺设计采用改性处理,通过机械搅拌,使反应物均匀受热,使产品品质在外观色泽、性能等技术指标方面得以提高,且无合成副产物,属于清洁生产工艺。通过反应条件对聚琥珀酰亚胺（PSI）的产率和PASP分子量的影响以及分子量对阻垢性能的影响的试验研究,确定了具有最佳阻垢性能的PASP的重均分子量为3000左右以及聚合工艺的最优操作参数,即反应温度230℃,反应时间2h。根据上述工艺合成了绿色阻垢缓蚀剂PASP,并与目前生产性应用效果最好且应用最为广泛的阻垢剂聚丙烯酸（PAA）作了阻垢性能对比研究,结果表明,垢型不同二者阻垢效果差异较大,各种水质条件下,PASP都有着比PAA更优良的阻垢性能,尤其高Ca2+、高pH值等水质。同时与缓蚀剂羟基亚乙基二磷酸（HEDP）进行缓蚀性能对比研究,结果表明,PASP和HEDP有着相近的缓蚀率,但随着试验时间延长,PASP显示出比HEDP更优良的缓蚀性能。通过水质条件对PASP缓蚀性能的影响试验,得出使用PASP最佳pH值为5.5～6.5;水中Ca2+浓度的增加增强了PASP的缓蚀效果,Fe2+浓度的增加对PASP缓蚀效果的影响不大。这些研究结果均为本研究提出的合成方案运用到实际生产中提供了有力保证。本论文的最后对PASP的阻垢缓蚀机理进行了初步分析。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 聚天冬氨酸简介
• 1.2 聚天冬氨酸研究现状
• 1.2.1 聚天冬氨酸的发展历程
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.2.3 国内研究现状
• 1.3 存在问题与主要研究内容
• 1.3.1 存在问题
• 1.3.2 主要研究内容
• 1.4 研究意义
• 第2章 聚天冬氨酸的合成和表征
• 2.1 合成方案的确定
• 2.1.1 重沉淀方法的概况与总结
• 2.1.2 聚琥珀酰亚胺合成方法的确定
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 材料
• 2.2.2 研究方法
• 2.3 聚天冬氨酸的表征
• 2.3.1 红外谱图分析
• 2.4 反应条件对PSI 产率的影响
• 2.4.1 反应温度对PSI 产率的影响
• 2.4.2 反应时间对PSI 产率的影响
• 2.5 反应条件对PASP 分子量的影响
• 2.5.1 反应温度对PASP 分子量的影响
• 2.5.2 反应时间对PASP 分子量的影响
• 2.6 PASP 的分子量对其阻垢效果的影响
• 2.7 本章小结
• 第3章 聚天冬氨酸的阻垢性能试验研究
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 药剂与设备
• 3.1.2 研究方法
• 3.2 不同条件下PASP 和PAA 对硫酸钙阻垢性能的对比研究
• 3.2.1 阻垢剂投加量对阻垢性能的影响
• 2+浓度对阻垢性能的影响'>3.2.2 Ca²⁺浓度对阻垢性能的影响
• 3.2.3 pH 值对阻垢性能的影响
• 3.2.4 恒温时间对阻垢性能的影响
• 3.2.5 温度对阻垢性能的影响
• 3.3 不同条件下PASP 和PAA 对碳酸钙阻垢性能的对比研究
• 3.3.1 阻垢剂投加量对阻垢效果的影响
• 2+浓度对阻垢效果的影响'>3.3.2 Ca²⁺浓度对阻垢效果的影响
• 3.3.3 pH 值对阻垢效果的影响
• 3.3.4 恒温时间对阻垢效果的影响
• 3.3.5 恒温温度对阻垢效果的影响
• 3.4 PASP 对于其他垢型的阻垢分散作用
• 3.4.1 PASP 对于磷酸钙的阻垢作用
• 3.4.2 对于硫酸钡和硫酸锶的阻垢作用
• 3.5 本章小结
• 第4章 聚天冬氨酸的缓蚀性能研究
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 材料
• 4.1.2 研究方法
• 4.2 不同条件下PASP 对二氧化碳腐蚀的抑制效果
• 4.2.1 恒温时间对缓蚀效果的影响
• 4.2.2 pH 值对缓蚀效果的影响
• 2+浓度对缓蚀效果的影响'>4.2.3 溶液中Ca²⁺浓度对缓蚀效果的影响
• 4.3 本章小结
• 第5章 聚天冬氨酸阻垢缓蚀机理分析
• 5.1 聚天冬氨酸阻垢分散作用机理探讨
• 5.1.1 凝聚与随后的分散作用及双电层理论
• 5.1.2 晶格歪曲理论
• 5.1.3 再生－自解脱膜假说
• 5.1.4 成垢界面上的阻垢分散剂的吸附作用
• 5.2 聚天冬氨酸缓蚀作用机理探讨
• 5.2.1 二氧化碳的腐蚀机理
• 5.2.2 PASP 抑制二氧化碳腐蚀机理分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢