羟基、杂环改性聚天冬氨酸的合成及其阻垢缓蚀性能

发布时间：2020-10-24 08:51

　　 聚天冬氨酸(PASP)是一种无毒、无磷、可生物降解的环境友好型阻垢缓蚀剂,具有良好的阻CaCO_3和CaSO_4垢性能,但其阻Ca_3(PO_4)_2垢、分散氧化铁和缓蚀性能并不突出。本文设计并合成了几种含有羟基和杂环的改性PASP,发现在保持PASP原有阻垢缓蚀性能的基础上,提高了其综合性能。主要研究内容及结果如下:(1)以马来酸酐和尿素为原料,通过热缩聚反应合成了PASP的前驱体聚琥珀酰亚胺(PSI)。利用2-氨基-2-甲基-1-丙醇、2-氨基-1,3-丙二醇、糠胺和4-(2-氨乙基)吗啉分别在碱性条件下对PSI进行开环,合成了聚天冬氨酸/2-氨基-2-甲基-1-丙醇(PASP/AMP)、聚天冬氨酸/2-氨基-1,3-丙二醇(PASP/APD)、聚天冬氨酸/糠胺(PASP/FA)以及聚天冬氨酸/4-(2-氨乙基)吗啉(PASP/AEM)四种改性PASP,并通过~1H NMR对合成产物的结构进行了表征。(2)采用静态法评价了改性PASP的阻垢和分散氧化铁性能。相比PASP,PASP/AMP、PASP/APD和PASP/FA对CaCO_3和CaSO_4的阻垢效果都有了一定的改善;四种改性PASP对Ca_3(PO_4)_2的阻垢效果较PASP均有大幅度的提高。其中,PASP/APD分别在用量为1 mg/L和4 mg/L时,对CaCO_3和CaSO_4的阻垢率达到100%;PASP/AEM在用量为10 mg/L时,对Ca_3(PO_4)_2的阻垢率达到100%。此外,PASP/FA和PASP/AEM均表现出良好的分散氧化铁性能,在56 mg/L的剂量下,测试溶液的透光率分别为69%和66%。利用SEM和XRD研究了加入改性PASP前后垢晶体的形貌变化。当改性PASP加入水中时,垢晶体的生长受到了严重抑制,表面变得粗糙,结构也变得不规则且细碎,难以大量堆积。(3)通过失重法和电化学法评价了改性PASP在0.5 M H_2SO_4体系中对碳钢的缓蚀性能。四种改性PASP对碳钢的缓蚀效果相比PASP都有了不同程度的提高。其中,PASP/AEM在剂量为100 mg/L时,缓蚀率高达90.3%。PASP/AEM属于混合型缓蚀剂,既可以抑制阳极的金属溶解,又可以抑制阴极的析氢反应。当PASP/AEM加入H_2SO_4溶液中时,可以在碳钢的表面上形成均匀且致密的吸附膜,阻止酸溶液与金属的接触,减缓金属的腐蚀。(4)考察了改性PASP的生物降解性。PASP/AMP、PASP/APD、PASP/FA和PASP/AEM在28天内的生物降解率分别为65%、61%、58%和55%。
【学位单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG174.42
【部分图文】：

图 1-1 工业循环冷却水系统Figure 1-1 Industrial recirculating cooling water system1.2 阻垢与除垢技术却水在循环过程中由于水温升高、流速变化、蒸发浓缩等因素导致其中某和无机阴离子结合生成沉淀，沉积在设备和管道表面，从而引起设备与管低换热效率，严重的还会导致热量堆积，引发一系列安全事故[10]。此外，加速设备和管道的腐蚀，增加运营成本和风险系数。为了提高水的冷却效的形成，增加水的循环使用次数，通常要对循环水进行处理。目前使用的分为物理处理法和化学处理法。理处理法主要包括传统的沉淀、过滤以及膜处理、静电处理、脉冲电场处和超声波处理等[11-16]。物理法的特点是成本较低，操作简单，不会对水质能耗较大且效果不佳。化学处理法主要是向水中投加化学阻垢剂来抑制水

图 1-2 循环冷却水系统的结垢现象Figure 1-2 Scale deposition in recirculating cooling water system虽然利用包括物理和化学等多种方法可以抑制水垢的形成，但在循环冷却水系统中，结垢是一种无法完全避免的现象，需要定期对水垢进行清除。除垢手段多种多样，人工清洗方便可靠，不会产生化学废液，但是这种方式效率低下，劳动强度大，清洗也不够彻底，已经被逐渐淘汰。物理清洗包括高压水射流清洗、电脉冲清洗、超声波清洗、抛丸清洗和机械刮擦等，安全高效，是常用的清洗方式[18-20]。此外，另一种常见的清洗方式是化学清洗，是在换热和冷却等设备中加入酸溶液，通过化学反应快速溶解水垢的清洗方法。常用作清洗的酸包括硫酸、盐酸、磷酸、硝酸、氢氟酸、氨基磺酸等无机酸，以及甲酸、醋酸、EDTA、柠檬酸等有机酸，其作用效果各不相同[21-25]。然而，由于大多数设备都是金属设备，材质多为碳钢，各种酸对金属设备均有不同程度的腐蚀作用，同时，反应所放出的氢会向金属内部扩散，使设备发生脆氢现象，带来安全隐患。此外，反应也会放出酸性气体，使劳动条件恶化[26]。所以，酸洗时需要向

过程从电化学角度可以解释为金属和电解质分别作为腐蚀原电池的反应体系为共轭体系，一旦阳极或阴极蚀剂作用在金属表面上，可以分别或同时抑制阳极的效果。根据抑制的电极类型不同，可以把缓蚀剂分及混合型缓蚀剂[74]。冬氨酸的合成与改性冬氨酸的合成方法自 20 世纪 90 年代开始被开发使用以来，由于具有良磷、可生物降解的特点，受到了国内外研究者的密泛应用[75]。聚天冬氨酸是一种聚氨基酸，有 α 和 β 两蜗牛和一些软体动物壳内，均为 α 构型，而人工合成型的混合形式存在[76]。
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本文编号：2854262