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β-二羰基化合物改性聚天冬胺酸的合成及其缓蚀阻垢性能研究认领

被引量： 2

作者：

张庚

学位授予单位：

兰州交通大学

摘要：

作为一种功能性材料，聚天冬氨酸(PASP)已广泛应用于水处理领域。但是，由于其缓蚀性能并不突出且阻垢性能也有待于提高，目前PASP研究的重点集中在开发兼具阻垢缓蚀性能、高效、绿色化的改性产品方面。本研究分别以三种β-二羰基化合物乙酰乙酸乙酯(EAA)、丙二酸二乙酯(DEM)以及苯甲酰乙酸乙酯(EBA)为改性试剂，对PASP的中间体聚琥珀酰亚胺(PSI)进行开环改性，获得系列β-二羰基化合物改性PASP。然后，在遵循绿色化学的宗旨下，以化学改性产品为主剂，选择合理的复配药剂，得到系列多元物理改性PASP功能材料。并对改性产品的阻垢和缓蚀性能进行了研究。主要研究内容如下:　　(1)以马来酸酐和碳酸铵为原料，通过热缩聚合成了中间PSI，并用红外表征技术对其分子结构进行了表征。以阻垢性能为评价指标，探索了中间体PSI的合成条件，最终确定出其最佳合成条件为:马来酸酐∶碳酸铵（摩尔比）=1∶1.2、脱水温度90℃、聚合温度180℃。　　(2)分别以乙酰乙酸乙酯(EAA)、丙二酸二乙酯(DEM)、苯甲酰乙酸乙酯(EBA)为开环介质，对PSI进行开环改性，得到了EAA-PASP、DEM-PASP及EBA-PASP三种改性PASP。用红外光谱表征了产品的结构。研究并确定出三种改性产品的最佳合成工艺条件。其中，EAA-PASP的最佳合成条件为PSI∶EAA∶NaOH(摩尔比)=1∶0.6∶6，质量分数为15％，反应温度为35℃，反应时间为18h;DEM-PASP为PSI∶DEM∶NaOH(摩尔比)=1∶0.6∶6，质量分数为15％，反应温度为35℃，反应时间为24h;EBA-PASP为PSI∶EBA∶NaOH=1∶0.6∶5，质量分数为15％，反应温度为35℃，反应时间为20h。　　(3)采用静态阻垢法研究了EAA-PASP、DEM-PASP以及EBA-PASP的阻垢性能（主要为CaCO3垢）;运用动态旋转挂片法研究了改性产品的缓蚀性能（主要为A3碳钢）。结果表明:在药剂浓度为8mg/L时，EAA-PASP和EBA-PASP的阻垢率都达到了100％，而DEM-PASP在加药量为10mg/L阻垢率也达到了100％;在药剂浓度为5mg/L时，EAA-PASP和EBA-PASP的缓蚀效果最好，缓蚀率分别为53.44％和51.61％，DEM-PASP在加药量为10mg/L时，缓蚀效果最好，缓蚀率为56.96％。　　(4)分别以三种改性聚天冬氨酸为主剂，与Na2MoO4、HEDP与ZnSO4等进行复配研究，得到三种改性PASP配方。研究结果显示，对于EAA-PASP，在加药量为39mg/L情况下，HEDP∶EAA-PASP∶ZnSO4∶Na2MoO4=5∶6∶15∶13（摩尔比）时，缓蚀率为99.11％，阻垢率为100％;对于DEM-PASP，HEDP∶DEM-PASP∶ZnSO4∶Na2MoO4=5∶4∶15∶11（摩尔比），在加药量为35mg/L情况下，缓蚀率为99.73％,阻垢率为100％;对于EBA-PASP而言，HEDP∶EBA-PASP∶ZnSO4∶Na2MoO4=5∶4∶17∶11（摩尔比），在加药量为37mg/L时，缓蚀率为97.41％，阻垢率为100％。　　(5)用XRD、SEM、IR等技术分析了改性产品的阻垢机理，结果表明三种改性聚天冬氨酸都具有良好的螯合分散性，可以使CaCO3垢由稳定的方解石转变为不稳定的球霰石。用SEM分析了改性产品的缓蚀机理，结果表明改性聚天冬氨酸分子结构中的活性基团很好地吸附在了碳钢的表面，形成了一层化学吸附膜，进而阻止了A3碳钢的腐蚀。对于复配后的改性产品，由于改性PASP与钼酸钠、HEDP、硫酸锌之间具有协同效应，推测其在金属表面形成了一种复合膜，所以更好地阻止了A3碳钢的腐蚀。此外，对比可以看出，复配药剂产生的复合膜缓蚀效果好于化学吸附膜。

摘要译文

关键词：

β-二羰基化合物; 聚天冬胺酸; 缓蚀阻垢性能; 改性机理

学位年度：

2018

学位类型：

硕士

学科专业：

无机化学

导师：

杨玉华

中图分类号：

TQ085[工业用水、水的处理]

学科分类号：

0817[化学工程与技术]

D O I：

10.7666/d.Y3443453