聚天冬氨酸的微波辐射合成及性能研究

论文摘要

聚天冬氨酸（Polyaspartic acid,PASP）是受到国内外重视的绿色阻垢剂,不含磷,无毒,能生物降解。广泛用于工业水处理、农药、医药、日用化学品等行业。工作研究了PASP的微波辐射合成,探讨了反应的各种影响因素,对合成的产品进行表征,静态法对其阻垢性能进行详细的研究,运用SEM、IR和XRD探讨了PASP的阻垢机理。主要研究工作如下:1.采用微电脑微波化学反应器,以L-天冬氨酸为原料,H3PO4为催化剂,碳酸丙烯酯为溶剂,合成PASP。合成PASP阻垢剂的最佳条件是:催化剂用量为8%,微波功率325W,微波辐射时间4min,溶剂用量为15mL（对于10g L-ASP）。2.对上述条件下合成的产品进行了红外光谱表征。表明所得到的产品有其特征峰。3.采用静态法测定PASP对碳酸钙、硫酸钙的阻垢性能。分析了不同因素对阻垢率的影响。结果表明:随着pH和温度升高,恒温停留时间的延长,Ca2+/HCO3-减小以及钙离子浓度提高,PASP阻碳酸钙垢率都有所下降。另外PASP对水中的硫酸钙具有优良的阻垢性能,对氧化铁也有一定的分散作用。4.采用静态阻垢法对PASP与ATMP复配物阻垢性能进行研究。考察阻垢剂投加量、温度、Ca2+浓度、HCO3-浓度、恒温时间对阻垢率的影响。复配物的阻垢性能较单一的PASP有一定的提高。复配物的最佳配比浓度为1:1,PASP和ATMP总投加量为4mg/L时效果最佳,阻垢率达86%。复配物阻垢性能受温度、时间、HCO3-的影响较小,受Ca2+浓度的影响较大。对复合阻垢剂进行了经济性评价,复合阻垢剂可降低使用成本。5.用扫描电镜、红外光谱、X-射线衍射仪等手段对PASP的阻垢机理进行了初步的探讨,研究发现PASP具有螯合作用、晶格畸变作用、凝聚分散作用、低剂量效应。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• Contents
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 阻垢剂研究进展
• 1.1.1 阻垢剂研究现状及分类
• 1.1.2 阻垢剂发展趋势
• 1.2 聚天冬氨酸的研究进展
• 1.2.1 聚天冬氨酸结构和性质
• 1.2.2 聚天冬氨酸的应用
• 1.2.3 聚天冬氨酸的合成
• 1.3 微波化学与其发展
• 1.3.1 微波技术概述
• 1.3.2 微波技术在化学中的应用
• 1.3.3 微波技术在聚合反应中的应用
• 1.3.4 微波技术合成聚天冬氨酸
• 1.4 课题研究意义与研究内容
• 1.4.1 研究意义
• 1.4.2 研究内容
• 2 聚天冬氨酸的微波辐射合成
• 2.1 实验试剂及仪器
• 2.2 实验方案的确定
• 2.2.1 合成方法的选择
• 2.2.2 催化剂的选择
• 2.2.3 介质溶剂的选择
• 2.3 聚天冬氨酸的合成
• 2.3.1 中间体PSI的合成
• 2.3.2 聚天冬氨酸的合成
• 2.3.3 合成PASP的工艺流程
• 2.3.4 聚天冬氨酸的结构表征
• 2.3.5 产品分析方法
• 2.4 结果讨论
• 2.4.1 聚天冬氨酸合成的影响因素
• 2.4.2 聚天冬氨酸的表征
• 2.5 结论
• 3 聚天冬氨酸阻垢分散性能研究
• 3.1 阻垢性能测试方法
• 3.2 仪器和药品
• 3.3 阻碳酸钙性能测定
• 3.3.1 实验方法
• 3.3.2 投加量与阻垢率的关系
• 3.3.3 不同因素对聚天冬氨酸阻垢性能的影响
• 3.4 阻硫酸钙性能测定
• 3.4.1 实验方法
• 3.4.2 阻垢率与投加量的关系
• 3.4.3 不同因素对聚天冬氨酸阻垢性能的影响
• 3.5 分散性能评定
• 3.5.1 分散氧化铁的性能评定
• 3.6 小结
• 4 PASP和ATMP复配阻垢性能研究
• 4.1 最佳配比的确定
• 4.2 复配物阻垢率的测定
• 4.3 温度对复配物阻垢率的影响
• 4.4 时间对复配物阻垢率的影响
• 2+浓度对阻垢率的影响'>4.5 Ca²⁺浓度对阻垢率的影响
• 3^-浓度对阻垢率的影响'>4.6 HCO₃^-浓度对阻垢率的影响
• 4.7 复配物的经济评价
• 4.8 小结
• 5 聚天冬氨酸阻垢机理研究
• 5.1 阻垢剂阻垢机理的基本观点
• 5.1.1 螯合增溶作用
• 5.1.2 晶格畸变
• 5.1.3 凝聚与分散
• 5.1.4 再生—自解脱膜假说
• 5.1.5 双电层作用机理
• 5.2 聚天冬氨酸阻垢机理研究
• 5.2.1 试验药品与仪器
• 5.2.2 试验方法
• 5.2.3 阻碳酸钙垢机理
• 5.2.4 阻硫酸钙机理
• 5.2.5 聚天冬氨酸阻垢机理
• 5.3 小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间发表的文章