绿色聚合物阻垢剂的合成及其阻垢性能的研究

发布时间：2017-07-18 19:32

  本文关键词：绿色聚合物阻垢剂的合成及其阻垢性能的研究

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【摘要】：在工业循环冷却水系统和油田管道中普遍存在较为严重的结垢问题,直接导致了产率下降和能量损耗。而阻垢剂的应用是抑制垢形成的最佳方法。本论文主要研究了四种阻垢剂的合成,分别是二乙烯三胺接枝丙烯酸-丙烯酸甲酯聚合物、马来酸酐-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸共聚物、盐酸羟胺接枝丙烯酸-丙烯酸甲酯聚合物和对壳聚糖的酰胺化改性。通过红外(IR)、热重(TGA)、X射线光电子能谱(XPS)、元素分析等手段对合成产物进行了表征,并利用扫描电镜(SEM)、静态图片等实验方法对加入阻垢剂前后的垢进行了分析,通过实验考察不同因素对阻垢剂性能的影响。主要工作可概括如下:以偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,通过聚合反应合成丙烯酸-丙烯酸甲酯聚合物(P-AAMA),聚合物P-AAMA与二乙烯三胺发生迈克尔加成反应合成了二乙烯三胺接枝聚丙烯酸-丙烯酸甲酯共聚物(P-AAMA-DETA),并对产物进行了表征,测定了其阻硫酸钙性能,当P-AAMA-DETA的浓度为1 mg/L时,阻垢率达到了94.27%;且在不同温度和钙离子浓度下也对其阻硫酸钙性能进行了测定,实验结果表明,在温度范围60-80℃时,最佳阻垢率随温度增加而有所降低,但阻垢率均达到80%以上;当钙离子浓度增加,达到最佳阻垢率所需要阻垢剂的含量也相应增加。采用一步合成法以马来酸酐(MA)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)为原料在过二硫酸钾作引发剂的条件下合成聚马来酸酐-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(PMA-PAMPS)。当PMA-PAMPS浓度为3 mg/L时最佳阻垢率为92.09%,并对不同温度、同等浓度下的阻硫酸钙效率进行了比较,在50-60℃时温度升高阻垢率增加,而当温度在60-80℃时温度升高阻垢率下降。在以聚丙烯酸-丙烯酸甲酯(P-AAMA)为中间产物的基础上,引入了羟肟酸基团,利用盐酸羟胺合成了羟肟酸类聚合物阻垢剂盐酸羟胺接枝聚丙烯酸-丙烯酸甲酯(P-AAMA-HOH),对其进行了表征,并对羟肟酸进行了定性检测。实验表明阻垢剂具有良好阻垢效果,在60℃条件下当阻垢剂加入量为5 mg/L时阻垢率达96.52%,并分别测定了50-80℃时阻垢剂添加量为5 mg/L时的阻垢率。以天然高分子聚合物壳聚糖(CTS)为原料进行改性,利用氯乙酸合成羧甲基壳聚糖(CMCTS),CMCTS与二乙烯三胺以N-羟基丁二酰亚胺(NHS)、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)为活化剂合成阻垢剂二乙烯三胺接枝羧甲基壳聚糖(c-CMCTS-DETA),并分别对CMCTS和c-CMCTS-DETA进行了表征,对比两者溶解度,进行了阻垢性能的测定。结果表明当CMCTS加入量为5 mg/L时阻垢率为94.8%;当c-CMCTS-DETA加入量为3 mg/L时阻垢率为98%。
【关键词】：聚合物 阻垢剂 二乙烯三胺接枝聚丙烯酸-丙烯酸甲酯 聚马来酸酐-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸 盐酸羟胺接枝聚丙烯酸-丙烯酸甲酯 壳聚糖改性
【学位授予单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ085.4
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第1章 绪论13-31
• 1.1 引言13-14
• 1.2 阻垢剂简介14-15
• 1.2.1 阻垢剂的定义14
• 1.2.2 阻垢剂的类别14-15
• 1.2.3 阻垢剂的作用机理15
• 1.3 聚合物阻垢剂的类别15-19
• 1.3.1 天然聚合物阻垢剂15-16
• 1.3.2 均聚物阻垢剂16-17
• 1.3.3 共聚物阻垢剂17-18
• 1.3.4 绿色环保型聚合物阻垢剂18-19
• 1.4 聚合反应简介19-24
• 1.4.1 聚合反应类别19-21
• 1.4.2 自由基聚合机理21-22
• 1.4.3 引发剂22-24
• 1.5 阻垢剂中的功能性官能团24-25
• 1.6 阻垢性能的测定方法25-28
• 1.6.1 静态阻垢性能评定方法25-28
• 1.6.2 动态阻垢性能评定方法28
• 1.7 本课题研究内容及意义28-31
• 第2章 二乙烯三胺接枝丙烯酸-丙烯酸甲酯共聚物阻垢剂31-45
• 2.1 合成路线31-32
• 2.2 实验试剂32
• 2.3 仪器设备32-33
• 2.4 合成步骤33
• 2.4.1 P-AAMA的合成33
• 2.4.2 P-AAMA-DETA的合成33
• 2.5 P-AAMA-DETA对硫酸钙阻垢性能的测定33-35
• 2.5.1 溶液的配制34
• 2.5.2 实验步骤34-35
• 2.5.3 阻垢率的计算35
• 2.6 结果与讨论35-43
• 2.6.1 P-AAMA和P-AAMA-DETA的红外光谱图35-36
• 2.6.2 TGA热重分析36-37
• 2.6.3 XPS分析37
• 2.6.4 P-AAMA-DETA的浓度对硫酸钙阻垢性能的影响37-38
• 2.6.5 恒温温度对硫酸钙阻垢性能的影响38-39
• 2.6.6 钙离子浓度对阻垢性能的影响39-40
• 2.6.7 SEM电镜扫描分析40
• 2.6.8 恒温水浴结果分析40-41
• 2.6.9 P-AAMA-DETA的阻垢机理41-43
• 2.7 本章小结43-45
• 第3章 PMA-PAMPS共聚物的合成及抑制硫酸钙沉淀45-53
• 3.1 合成路线45-46
• 3.2 实验试剂46
• 3.3 仪器设备46
• 3.4 合成步骤46-47
• 3.4.1 PMA-PAMPS合成46-47
• 3.4.2 合成摩尔比例优化47
• 3.4.3 PMA-PAMPS对硫酸钙阻垢性能的测试47
• 3.5 结果与讨论47-52
• 3.5.1 PMA-PAMPS的红外分析47-48
• 3.5.2 元素分析48
• 3.5.3 PMA-PAMPS质量浓度对硫酸钙阻垢性能的影响48-49
• 3.5.4 温度对其阻垢性能的影响49-50
• 3.5.5 高温下阻垢剂浓度对阻垢性能的影响50-51
• 3.5.6 SEM电镜扫描分析51-52
• 3.6 本章小节52-53
• 第4章 盐酸羟胺接枝聚丙烯酸-丙烯酸甲酯共聚物阻垢剂53-63
• 4.1 合成路线53-54
• 4.2 实验试剂54
• 4.3 仪器设备54
• 4.4 合成步骤54-56
• 4.4.1 P-AAMA的合成54-55
• 4.4.2 P-AAMA-HOH的合成55
• 4.4.3 配制FeCl3溶液55-56
• 4.4.4 合成阻垢剂P-AAMA-HOH的阻垢性能测定56
• 4.5 结果与讨论56-61
• 4.5.1 P-AAMA-HOH的红外分析56-57
• 4.5.2 元素分析57
• 4.5.3 羟肟酸的检测57-58
• 4.5.4 P-AAMA-HOH的质量浓度对硫酸钙阻垢性能的影响58-59
• 4.5.5 温度对硫酸钙阻垢性能的影响59-60
• 4.5.6 SEM电镜扫描60
• 4.5.7 恒温水浴静态图片分析60-61
• 4.6 本章小结61-63
• 第5章 壳聚糖改性63-71
• 5.1 合成路线63-64
• 5.2 实验试剂64
• 5.3 仪器设备64
• 5.4 合成步骤64-65
• 5.4.1 CMCTS的合成64-65
• 5.4.2 MES缓冲溶液的配制65
• 5.4.3 c-CMCTS-DETA的合成65
• 5.5 结果与讨论65-69
• 5.5.1 红外分析65-67
• 5.5.2 溶解度的比较67
• 5.5.3 元素分析67-68
• 5.5.4 CMCTS与c-CMCTS-DETA质量浓度对阻垢性能的影响68
• 5.5.5 恒温水浴静态图片分析68-69
• 5.6 本章小结69-71
• 第6章 结论71-73
• 参考文献73-83
• 攻读硕士期间已发表的论文83-85
• 致谢85

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本文编号：559446