ATMP清洁生产工艺研究

发布时间：2017-08-23 02:31

  本文关键词：ATMP清洁生产工艺研究

  更多相关文章： 氨基三甲叉膦酸 氮川三乙酸 合成 清洁生产工艺 机理分析

【摘要】：随着“十二五”规划实施完成,我国的城镇化建设得到了进一步发展,城市规模进一步扩大,城市工业生产用水需求及城市居民生活用水需求随之急剧增加。伴随城镇化、工业化程度不断提升,我国整体水环境污染状况进一步恶化,水资源供需矛盾更趋于紧张,提高工业循环冷却水的循环利用率势在必行。氨基三甲叉膦酸(ATMP)具有杰出的热稳定性、不易水解,缓蚀阻垢性能优良,是一种被广泛使用于工业水处理的缓蚀阻垢剂。目前传统工艺以甲醛、三氯化磷、氯化铵为原料,在100~140℃条件下一步反应合成ATMP,该方法遵循Mannich反应,目前国内厂家几乎全部使用该工艺生产ATMP。为控制目标产物中总磷含量,采用传统工艺生产ATMP时往往需大量甲醛过量以提高磷的转化率,造成严重的资源浪费及环境污染问题。与此同时,传统ATMP生产工艺还存在产物纯度较低,合成体系中三甲叉膦酸的含量往往低于40%,不利于通过冷却结晶法进一步制备ATMP固体。该工艺清洁生产水平较低。本论文以氮川三乙酸、PCl_3、H_3PO_3为原料合成氨基三甲叉膦酸。通过正交试验及单因素试验,得到了合成ATMP的最佳工艺条件,并在此基础上建立氨基三甲叉膦酸(ATMP)工业生产清洁生产指标体系,对新旧工艺的清洁生产水平进行了对比分析,同时借助Chemoffice2008软件自带的量子化学计算模块对合成ATMP可能的反应机理进行探讨分析。本论文主要研究内容和结果如下:(1)通过单因素筛选及正交实验,确定了ATMP合成最优工艺条件为:H_3PO_3、PCl_3与N(CH_3COOH)_3的摩尔比为n总:n(N(CH_3COOH)_3)=4.0:1,反应时间为4小时,反应温度T=100℃,搅拌速率300r/min,PCl_3滴加速率为5.0 mL·h-1。(2)采用丙酮重结晶方法对目标产物ATMP进行提纯后,利用元素分析、Infrared Spectroscopy(IR)和液质联用(LC-MS)等方法对目标产物进行表征。(3)借助Chemoffice2008软件自带的量子化学计算模块,根据计算得到的量子化学参数,结合实验中得到的观测结果,从量子化学角度分析了非均相反应条件下,N(CH_3COOH)_3与H_3PO_3、PCl_3反应合成ATMP可能的反应机理。(4)建立了ATMP生产工艺清洁生产评价指标体系,从资源能源利用指标、污染物产生指标、产品指标、生产工艺与装备要求等四个方面进行了清洁生产水平分析。
【关键词】：氨基三甲叉膦酸 氮川三乙酸 合成 清洁生产工艺 机理分析
【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;X38
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 文献综述12-24
• 1.1 课题背景12-13
• 1.2 清洁生产内涵与意义13
• 1.3 ATMP生产工艺研究进展13-15
• 1.3.1 ATMP性质及应用13-15
• 1.3.2 ATMP生产工艺研究进展15
• 1.4 传统“一步法”工艺存在的问题15-17
• 1.5 量子化学计算基本理论及应用17-21
• 1.5.1 从头算法（ab initio Hartree-Fock算法）17-19
• 1.5.2 半经验算法19-20
• 1.5.3 密度泛函理论20-21
• 1.6 研究目标及路线21
• 1.7 本文创新点21-24
• 第2章 实验材料与方法24-30
• 2.1 主要实验试剂及仪器24-26
• 2.1.1 主要实验试剂24
• 2.1.2 主要实验仪器24-26
• 2.2 分析项目及分析方法26-30
• 2.2.1 活性组分含量测定26-27
• 2.2.2 ATMP含量测定27
• 2.2.3 亚磷酸含量测定27-28
• 2.2.4 磷酸含量测定28
• 2.2.5 氯化物含量测定28-29
• 2.2.6 元素分析29
• 2.2.7 红外光谱分析29
• 2.2.8 LC-MS分析29-30
• 第3章 ATMP的合成与表征30-56
• 3.1 实验方法30
• 3.2 正交实验30-32
• 3.2.1 正交试验设计30-31
• 3.2.2 正交试验结果分析31-32
• 3.3 单因素实验32-48
• 3.3.1 原料配比对合成的影响32-35
• 3.3.2 反应温度对合成的影响35-38
• 3.3.3 反应时间对合成的影响38-41
• 3.3.4 PCl_3滴加速率的选择41-45
• 3.3.5 搅拌速率对合成的影响45-47
• 3.3.6 重复性实验47-48
• 3.4 目标产物表征48-56
• 3.4.1 全元素分析48-49
• 3.4.2 红外光谱图分析49-52
• 3.4.3 LC-MS图谱分析52-56
• 第4章“氮川法”合成ATMP反应机理研究56-80
• 4.1 计算方法56
• 4.2 计算结果与讨论56-75
• 4.2.1 氮川、M、M1分子计算56-61
• 4.2.2 H_4P_2O_5、TS1性质计算61-69
• 4.2.3 IDPA分子计算69-72
• 4.2.4 TS3、TS4分子计算72-75
• 4.3 本章小结75-80
• 第5章 ATMP生产工艺清洁生产评价80-90
• 5.1 清洁生产评价指标体系80-81
• 5.2 资源能源利用指标81-84
• 5.2.1 能源利用指标81-83
• 5.2.2 资源利用指标83-84
• 5.3 污染物产生指标84-85
• 5.4 产品指标85-86
• 5.5 生产工艺与装备要求指标86-87
• 5.6 清洁生产分析结论87-90
• 第6章 结论与建议90-92
• 6.1 结论90
• 6.2 建议90-92
• 参考文献92-100
• 攻读硕士学位期间发表的论文100-102
• 致谢102

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