谷氨酸封端聚醚阻垢剂的合成及性能研究

发布时间：2017-11-09 21:17

  本文关键词：谷氨酸封端聚醚阻垢剂的合成及性能研究

  更多相关文章： 谷氨酸 烯丙基聚氧乙烯醚 阻垢分散 循环冷却水 海水淡化

【摘要】：水是人类的生命之源,是国民经济的命脉。我国水资源总量丰富但人均占有量少,水资源匮乏一直是我国的一大难题。水资源消耗中,石化、化肥、电力等行业中的工业冷却水所占的比例较大。为了节约水资源和减少污染,工业冷却水不断提高浓缩倍数,但这却加快了一些难溶盐的沉淀趋势,使结垢问题日益严重。水处理领域普遍采用化学处理的方法来解决这一问题,即通过添加阻垢剂防止结垢。本论文在研究国内外前沿绿色阻垢剂相关文献的基础上,以开发新型聚醚类绿色阻垢剂为目的,制备了一种谷氨酸封端无磷环保型聚醚阻垢剂——丙烯酸/丙基聚氧乙烯谷氨酸盐共聚物阻垢剂(AA/APEU)。通过红外和核磁表征验证了AA/APEU的制备,同时模拟工业循环水水质和海水水质测试了AA/APEU的阻垢性能和分散性能,最后,通过对添加AA/APEU产生的钙垢进行表征分析,探讨了AA/APEU的阻垢机理。通过谷氨酸对烯丙基聚氧乙烯醚(APEG)进行羧基封端酯化,合成了烯丙基聚氧乙烯醚谷氨酸盐(APEU),然后以过硫酸铵为引发剂,在水相体系中以APEU与丙烯酸(AA)共聚制备无磷谷氨酸封端聚醚阻垢剂AA/APEU.通过红外(FT-IR)和核磁氢谱('H-NMR)分析证明谷氨酸对APEG成功封端,同时AA/APEU共聚物结构证实。热重分析(TGA)表明聚醚大分子单体APEU和共聚物AA/APEU具有较好的热稳定性。同时,分别研究了循环冷却水水质和海水水质中AA/APEU阻碳酸钙、硫酸钙垢以及分散氧化铁的性能,研究表明：在循环冷却水水质中,AA/APEU阻碳酸钙垢的临界值为10mg·L-1,此时能达到76.8%的碳酸钙阻垢率,阻硫酸钙垢的临界值为投加量为2mg·L-1,能达到近100%的硫酸钙阻垢率；投加量为4 mg·L-1使氧化铁溶液达到最低为16.8%的透光率,而在海水浓缩法实验中,AA/APEU的投加量为5mg·L-1达到临界值,此时钙垢阻垢率为77.7%,并且随浓缩倍数的提高略有提升。AA/APEU与市售阻垢剂的性能对比研究说明AA/APEU是一种优异的阻垢分散剂,能适用于冷却水系统和海水淡化系统。对有无AA/APEU添加产生的碳酸钙和硫酸钙垢的表面形貌和晶体变化进行了SEM. XRD研究,结果表明：AA/APEU的加入改变了钙垢的形貌和大小,使规整光滑的钙垢表面变得粗糙,进而使质地密实坚硬的水垢变得疏离松软,易于被水流冲走。AA/APEU的阻垢可能是通过晶格畸变和螯合分散两种机理来实现,在钙垢的成核阶段,AA/APEU主要通过晶格畸变作用使钙垢的晶核无法正常生长,而在晶体生长阶段,AA/APEU主要通过羧酸基团的螯合作用,螫合钙离子形成水溶性较高的螫合物,从而使钙垢易于分散在水中,最终达到良好的阻垢效果。采用自由基聚合方法合成的AA/APEU聚合物具有一定降解性,同时其分子结构无磷,阻垢分散性能优异且适用范围广,是一种新型高效的多功能环保型阻垢剂。本研究为AA/APEU在循环冷却水及海水淡化中的应用提供了理论基础,在工业水系统中具有潜在的应用价值。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ085.4

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