聚天冬氨酸基阻垢分散剂及其与磁场协同阻垢作用研究

论文摘要

聚天冬氨酸（PASP）是一种可生物降解的环保型阻垢分散剂,但在阻垢和缓蚀性能上与其它类型阻垢分散剂还有一定的差距。为此,本文对以聚天冬氨酸为主体的复合阻垢分散剂及其在磁场强化下的协同阻垢作用进行了研究。旨在开发环境友好的工业循环冷却水高效处理新技术。以提高阻垢率为目标,通过与丙烯酸共聚单体的选择和实验研究,合成出一种新型高效阻垢分散剂:丙烯酸-丙烯酸乙酯-衣康酸三元共聚物（AA-AE-IA）。考察了引发剂、链转移剂及反应温度等共聚条件对阻垢率的影响,优化出了该共聚物的适宜合成条件,其阻垢分散性能优于同类产品。采用热缩聚工艺合成出了聚天冬氨酸。确定了阻垢率与其分子量之间的关系,以及在不同使用条件下,对碳酸钙和硫酸钙的阻垢性能;在此基础上,进行了聚天冬氨酸与丙烯酸共聚物和膦系阻垢分散剂复配性能的研究。发现聚天冬氨酸与AA-AE-IA三元共聚物具有显著的复合效果,其阻垢率大幅度提高。通过进一步与膦系阻垢分散剂2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸（PBTCA）复配研究,开发出一种具有优良阻垢分散和缓蚀性能的新型聚天冬氨酸复配物: PASP+AA-AE-IA+PBTCA。在水体总硬度为639 mg.L-1,水温800C,用量为40 mg.L-1条件下,其静态浓缩阻垢率达到98.7%,缓蚀率达到96.5%。针对该复配物,考察了不同用量、水温、水质硬度及时间等条件下对碳酸钙和硫酸钙的阻垢性能,确定了阻垢率随之变化的定量关系。并成功地实现了工业化生产和应用。自行设计建立了一套附设永磁式水处理器的小型循环冷却水动态实验装置。研究了磁场作用下碳酸钙结晶动力学及阻垢分散作用和机理。确定了不同条件对碳酸钙结晶过程的影响规律,以及磁化阻垢性能与磁场强度、水温、水流速及水质硬度的关系。磁场具有一定阻垢作用的原因是提高了碳酸钙结晶中的文石晶型比例,并使结晶发生扭曲现象。提出了磁场与聚天冬氨酸基阻垢分散剂协同作用的循环冷却水系统的水处理新方法。研究了磁场分别与聚天冬氨酸和聚天冬氨酸复配物PASP+AA-AE-IA+PBTCA在不同使用条件下的协同阻垢性能。静态和动态实验结果表明:磁场与阻垢分散剂之间具有明显的协同阻垢作用,且磁场与聚天冬氨酸复配物的协同阻垢效应比与聚天冬氨酸的强,其协同阻垢效应在较宽的水质硬度、水温范围内保持稳定。在动态实验条件下,聚天冬氨酸复配物的阻垢率提高了20个百分点以上,聚天冬氨酸提高13个百分点以上;利用扫描电子显微镜和X-射线衍射等技术对碳酸钙晶体进行了观察和晶型分析,结果表明:磁场与聚天冬氨酸基阻垢分散剂的协同作用可使碳酸钙晶体发生更加明显的扭曲现象,碳酸钙结晶更加细小分散。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1-1 前言
• §1-2 工业循环冷却水处理技术
• 1-2-1 循环冷却水系统
• 1-2-2 循环冷却水处理技术
• §1-3 阻垢分散剂研究现状
• 1-3-1 阻垢分散剂的发展历程
• 1-3-2 阻垢分散剂的分类
• 1-3-3 聚天冬氨酸的研究进展
• 1-3-4 丙烯酸共聚物的研究进展
• 1-3-5 聚天冬氨酸复配物
• 1-3-6 阻垢分散剂的阻垢机理
• §1-4 磁化水处理技术
• 1-4-1 磁场在水处理中的应用
• 1-4-2 磁化水阻垢机理的研究进展
• §1-5 本课题研究的目的、意义及主要内容
• 第二章 实验部分
• §2-1 试剂和原料
• §2-2 合成方法
• §2-3 实验水样
• §2-4 实验装置
• §2-5 实验方法
• 2-5-1 静态阻垢实验
• 2-5-2 动态阻垢实验
• 2-5-3 旋转挂片腐蚀实验
• 2-5-4 分散性能实验
• §2-6 性能测定
• 2-6-1 L-天冬氨酸转化率的测定
• 2-6-2 聚天冬氨酸生物降解性的测定
• 2-6-3 聚天冬氨酸分子量的测定
• 2-6-4 产物结构分析
• 2-6-5 垢样的晶型分析
• 第三章 聚天冬氨酸的合成及阻垢分散性能
• §3-1 聚天冬氨酸的合成及生物降解性能
• 3-1-1 反应温度和反应时间对L-天冬氨酸转化率的影响
• 3-1-2 聚琥珀酰亚胺结构鉴定
• 3-1-3 反应温度对聚琥珀酰亚胺分子量的影响
• 3-1-4 聚天冬氨酸的生物降解性
• §3-2 聚天冬氨酸的阻垢分散性能
• 3-2-1 聚天冬氨酸对碳酸钙的阻垢性能
• 3-2-2 聚天冬氨酸对硫酸钙的阻垢性能
• 3-2-3 聚天冬氨酸的缓蚀性能
• §3-3 本章小结
• 第四章 丙烯酸-丙烯酸乙酯-衣康酸三元共聚物的合成及阻垢分散性能
• §4-1 丙烯酸-丙烯酸乙酯-衣康酸三元共聚物（AA-AE-IA）的合成
• 4-1-1 共聚物单体的选择
• 4-1-2 丙烯酸-丙烯酸乙酯-衣康酸三元共聚物的合成与结构表征
• 4-1-3 引发剂用量对丙烯酸-丙烯酸乙酯-衣康酸三元共聚物静态浓缩阻垢率的影响
• 4-1-4 链转移剂用量对丙烯酸-丙烯酸乙酯-衣康酸三元共聚物静态浓缩阻垢率的影响
• 4-1-5 聚合反应温度对丙烯酸-丙烯酸乙酯-衣康酸三元共聚物静态浓缩阻垢率的影响
• §4-2 共聚物用量对阻垢率的影响
• §4-3 极限碳酸盐硬度法评定阻垢性能
• §4-4 分散氧化铁性能实验
• §4-5 丙烯酸-丙烯酸乙酯-衣康酸三元共聚物与其它市售阻垢剂的性能比较
• §4-6 本章小结
• 第五章 聚天冬氨酸复配物及阻垢缓蚀性能
• §5-1 聚天冬氨酸与共聚物阻垢分散剂的复配性能
• §5-2 聚天冬氨酸与膦系阻垢剂的复配性能
• 5-2-1 聚天冬氨酸与1－羟基亚乙基－1，1－二膦酸（HEDP）的复配性能
• 5-2-2 聚天冬氨酸与2－膦酸基丁烷－1，2，4－三羧酸（PBTCA）的复配性能
• 5-2-3 聚天冬氨酸与二乙烯三胺五亚甲基膦酸（DETPMP）的复配性能
• §5-3 聚天冬氨酸、丙烯酸-丙烯酸乙酯-衣康酸三元共聚物及膦系阻垢剂的多元复配物性能
• 5-3-1 聚天冬氨酸复配物的制备与复合配比
• 5-3-2 不同条件下聚天冬氨酸复配物对碳酸钙的阻垢性能
• 5-3-3 聚天冬氨酸复配物对硫酸钙的阻垢性能
• 5-3-4 聚天冬氨酸复配物的缓蚀性能
• 5-3-5 聚天冬氨酸复配物在工业循环冷却水系统中的应用
• §5-4 聚天冬氨酸复配物对碳酸钙晶型的影响及阻垢机理
• 5-4-1 加入聚天冬氨酸及其复配物后垢样的XRD 分析
• 5-4-2 加入聚天冬氨酸及其复配物后垢样的SEM 分析
• 5-4-3 聚天冬氨酸及其复配物的阻垢机理分析
• §5-5 本章小结
• 第六章 磁场作用下碳酸钙结晶过程研究
• §6-1 磁场对碳酸钙结晶过程的影响
• 6-1-1 不同水质时磁场对碳酸钙结晶过程的影响
• 6-1-2 磁化时间对碳酸钙结晶过程的影响
• 6-1-3 不同水质硬度下磁场对碳酸钙结晶过程的影响
• 6-1-4 不同水温下磁场对碳酸钙结晶过程的影响
• §6-2 磁化水动态阻垢实验
• 6-2-1 磁场强度对阻垢率的影响
• 6-2-2 不同水温下的阻垢率
• 6-2-3 不同水流速下磁场对阻垢效果的影响
• 6-2-4 不同水质硬度下磁场对阻垢率的影响
• §6-3 磁场对碳酸钙晶型的影响及阻垢机理
• 6-3-1 未磁化水及磁化水垢样的XRD 分析
• 6-3-2 未磁化水垢样及磁化水垢样的SEM 分析
• 6-3-3 磁化水阻垢机理分析
• §6-4 本章小结
• 第七章 磁场与聚天冬氨酸及其复配物协同阻垢作用及机理研究
• §7-1 磁场与聚天冬氨酸协同阻垢作用的静态浓缩阻垢率
• 7-1-1 不同聚天冬氨酸浓度下的阻垢率
• 7-1-2 不同水温下的协同阻垢性能
• 7-1-3 不同水质硬度下的协同阻垢性能
• §7-2 磁场与聚天冬氨酸协同阻垢作用的动态阻垢率
• 7-2-1 不同聚天冬氨酸浓度下的阻垢率
• 7-2-2 不同水温下的协同阻垢性能
• §7-3 磁场与聚天冬氨酸复配物协同阻垢作用的静态非浓缩阻垢率
• 7-3-1 不同聚天冬氨酸复配物浓度下的阻垢率
• 7-3-2 不同水温下的协同阻垢性能
• 7-3-3 不同水质硬度下的协同阻垢性能
• §7-4 磁场与聚天冬氨酸复配物协同阻垢作用的动态阻垢率
• 7-4-1 不同聚天冬氨酸复配物用量下的阻垢率
• 7-4-2 不同水温下的协同阻垢性能
• §7-5 磁场与聚天冬氨酸及聚天冬氨酸复配物协同作用对碳酸钙晶型影响及阻垢机理
• 7-5-1 磁场与聚天冬氨酸及聚天冬氨酸复配物协同作用时垢样的XRD 分析
• 7-5-2 磁场与聚天冬氨酸及聚天冬氨酸复配物协同作用时垢样的SEM 分析
• 7-5-3 磁场与聚天冬氨酸及聚天冬氨酸复配物协同阻垢机理分析
• §7-6 本章小结
• 第八章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果