HPMA-AEO-n聚合物阻垢剂的合成及其阻碳酸钙垢性能的研究

发布时间：2020-08-22 02:30

【摘要】：聚合物阻垢剂被广泛应用于减少工业冷却水系统中由结垢造成的损失。本文以脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-9、AEO-10、AEO-15和AEO-20)和马来酸酐(MA)分别反应合成了单体MA-AEO-n(n=9、10、15、20),然后以MA和MA-AEO-n为单体,以双氧水(H_2O_2)为引发剂、硫酸铁铵(NH_4Fe(SO_4)_2·12H_2O)为催化剂,通过自由基聚合的方法合成了四种以马来酸酐为基础的聚合物阻垢剂HPMA-AEO-n(n=9、10、15、20)。利用正交实验探索了最佳合成条件:单体比例m(MA):m(MA-AEO-9)=6:1,m(MA):m(MA-AEO-10)=11:1、m(MA):m(MA-AEO-15)=11:1、m(MA):m(MA-AEO-20)=12:1,引发剂和催化剂的用量分别为总单体的7.5%(摩尔分数)和0.04%(摩尔分数),反应温度为95°C,反应时间为2 h。利用红外光谱(FT-IR)、核磁共振波谱(~1H NMR)和凝胶色谱(GPC)对聚合物的结构及分子量进行表征。利用静态阻垢实验考察了添加量、Ca~(2+)浓度、温度、pH以及EO:羧基比值对HPMA-AEO-n抑制碳酸钙垢性能的影响,并通过电导率法研究了HPMA-AEO-n对CaCO_3溶液过饱和度的影响。采用扫描电镜(SEM)和X衍射(XRD)技术考察了HPMA-AEO-n存在时碳酸钙污垢的形貌及晶态,探索了HPMA-AEO-n的阻垢机理。利用动态试验探索了HPMA-AEO-9对CaCO_3结垢过程的影响,并同HPMA进行了对比。实验结果表明:当添加量为8 mg/L时,HPMA-AEO-n的阻垢效率可以达到98%;当Ca~(2+)浓度小于900 mg/L、温度在40-90°C或pH在7.0-9.0时,HPMA-AEO-n具有优异的抑制碳酸钙污垢的性能;温度和pH对HPMA-AEO-n对碳酸钙污垢效率的影响随着EO:羧基比例的增加而减少;在长时间运行过程中,HPMA-AEO可以保持良好且稳定的阻垢效率;与三种商业阻垢剂HPMA、PAA和HEDP相比,HPMA-AEO具有优异的抗钙、耐碱和耐温的能力;HPMA-AEO-n对CaCO_3溶液过饱和度(S_r)的影响要小于HPMA的影响,并且这种影响会随着EO:羧基比的增加而减少,说明HPMA-AEO-n中EO基团与Ca~(2+)之间的作用对HPMA-AEO-n阻碳酸钙有一定的贡献。与HPMA相比,HPMA-AEO-9可以在碳酸钙成核阶段抑制晶核的生成,在污垢增长阶段能够更早地中断晶体的正常生长,减少大颗粒污垢的生成,降低污垢生长速率,减小碳酸钙污垢对不锈钢管换热效率的影响。HPMA-AEO-n的阻垢机理表现为螯合增溶和晶格畸变,且HPMA-AEO-n在抑制碳酸钙污垢时表现出明显地“阈值效应”。HPMA-AEO-n可以与Ca~(2+)离子结合,形成具有良好溶解性的螯合物,从而降低沉淀过程中的有效过饱和度。当HPMA-AEO-n吸附在碳酸钙晶体表面时,AEO基团中十二烷基的存在会对碳酸钙晶体的生长产生晶格畸变,这种影响大于HPMA分子引起的影响。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ085.412
【图文】：

图 2.3 单体 MA-AEO-n (n=9、10、15、20)的红外光谱O-n (n=9、10、15、20)的 FTIR 光谱分析图显示于图23 cm-1与2856 cm-1处的双峰为饱和脂肪烃C H键的中聚醚( CH2CH2O)结构的不对称伸缩振动引起，3键的存在，同时在 1351 cm-1左右和 1213 cm-1附近分O 的伸缩振动的特征峰，这表明分子结构中存在羧酸缩振动峰，C=C键的共轭伸缩振动峰出现在1641 cm-化反应发生，并成功合成出了单体 MA-AEO-n。O-n 的红外光谱表征(FT-IR)商业级阻垢剂水解聚马来酸酐(HPMA)的红外谱图，的存在，而在在 1376 cm-1左右和 1185 cm-1附近分别伸缩振动的特征峰；C=O 键的伸缩振动峰出现在 1峰由 C H 键的伸缩振动引起。

图 2.4 HPMA 的红外光谱图PMA-AEO-n (n=9、10、15、20)，其红外图谱由图 2.5了 O H 键的存在，1351 cm-1和 1181 cm-1分别是由缩振动引起的特征峰，这表明分子结构中存在羧酸峰为饱和脂肪烃 C H 键的伸缩振动峰；1100 cm-1处的不对称伸缩振动引起；1731 cm-1处为 C=O 键的伸合物 HPMA-AEO-n 的红外谱图中，1641 cm-1附近 失，说明 MA 与单体 MA-AEO-n 成功发生了聚合反

图 2.4 HPMA 的红外光谱图PMA-AEO-n (n=9、10、15、20)，其红外图谱由图 2.5了 O H 键的存在，1351 cm-1和 1181 cm-1分别是由缩振动引起的特征峰，这表明分子结构中存在羧酸峰为饱和脂肪烃 C H 键的伸缩振动峰；1100 cm-1处的不对称伸缩振动引起；1731 cm-1处为 C=O 键的伸合物 HPMA-AEO-n 的红外谱图中，1641 cm-1附近 失，说明 MA 与单体 MA-AEO-n 成功发生了聚合反

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 马金红;史江华;刘俊东;;大分子有机膦阻垢剂的研发与应用[J];新疆化工;2009年01期

2 王虎传;彭成军;吴淑敏;王丹可;李传润;;制药循环水用无磷阻垢剂的阻硫酸钙垢性能[J];精细化工;2017年12期

3 王语林;李常青;谷丽芬;韦清华;张鹏;;阻垢剂研究及应用进展[J];广东化工;2018年09期

4 马天奇;何飞;杨志刚;李辉;张淑侠;董晨曦;;固体阻垢剂在油田生产中的进展[J];石油化工应用;2018年10期

5 曹嘉斌;苟颖琦;;油田注水用化学阻垢剂及化学杀菌剂研究[J];当代化工;2017年05期

6 陈权;熊日华;霍卫东;;利用浊度确定硫酸钙阻垢剂用量的方法[J];广东化工;2016年04期

7 崔金磊;魏乐;李润达;姜威;李秀敏;;高磷水体对有机磷酸盐类阻垢剂性能的影响评判[J];山东化工;2015年07期

8 屈蓉;;油田注水用阻垢剂的研究及性能测试[J];化工管理;2014年24期

9 李茜;马喜平;王成龙;黄文佼;;绿色阻垢剂研究进展[J];精细石油化工进展;2013年02期

10 荆国林;李笑笑;唐珊;;复合型阻垢剂与磁场协同防垢效果的室内动态研究[J];化学工业与工程技术;2013年04期

相关会议论文 前10条

1 韩松;;阻垢剂性能评价方法探讨[A];2016中国水处理技术研讨会暨第36届年会论文集[C];2016年

2 刘坤;王文凤;崔进;赵明喜;陈磊;谢丽;杨秋菊;杜洋;;国产品牌反渗透阻垢剂的开发和应用[A];2016中国水处理技术研讨会暨第36届年会论文集[C];2016年

3 唐和清;冯改宁;朱丽华;王万红;陈玉娥;;高效复合型阻垢剂的研究[A];第十三届全国缓蚀剂学术讨论会论文集[C];2004年

4 吉卫;;一种绿色环保高效膜用阻垢剂[A];膜分离技术在石油和化工行业中应用研讨会论文集[C];2006年

5 彭福兵;;“环境友好”可生化降解的新型增强型马来酸聚合物阻垢剂的研究[A];2013中国水处理技术研讨会暨第33届年会论文集[C];2013年

6 霍宇凝;陆柱;;聚合物阻垢剂研究进展[A];’2001全国工业用水与废水处理技术交流会论文集暨水处理技术汇编[C];2001年

7 霍宇凝;陆柱;;聚合物阻垢剂研究进展[A];中国土木工程学会水工业分会第四届理事会第一次会议论文集[C];2002年

8 闫岩;;硅垢阻垢剂及评价方法的研究现状[A];’2004全国水处理技术研讨会暨第24届年会论文集[C];2004年

9 范莉莉;李万红;刘雪雁;;水处理阻垢剂的发展及展望[A];第八届全国大学化学教学研讨会论文集[C];2005年

10 李琴;于萍;罗运柏;;反渗透膜阻垢剂的性能评价[A];中国化学会第九届全国应用化学年会论文集[C];2005年

相关重要报纸文章 前10条

1 葛军 于海龙;中铝山东企业研发“新型阻垢剂”达到国内先进水平[N];中国有色金属报;2009年

2 特约记者 刘宽胜;国产碱性阻垢剂保装置低耗稳运[N];中国化工报;2012年

3 特约记者 刘宽胜;我压缩机阻垢剂跻身国际前列[N];中国化工报;2010年

4 锦州市兆基热力水处理药剂厂;诚实守信 服务社会[N];锦州日报;2007年

5 沈文;破解三剂采购降本难题[N];中国石化报;2010年

6 李建永;何以赢得大市场[N];中国石化报;2000年

7 本报记者 黄娜　通讯员 刘伟 辛文;深挖区域优势 催生经济活力[N];威海日报;2013年

8 马世强;年可创效千万元[N];吉林日报;2011年

9 沈文邋周海军;从“切蛋糕”到“需求捆绑”[N];中国石化报;2008年

10 ;2005年荣获国家、省部级科技奖励成果[N];中国化工报;2007年

相关博士学位论文 前5条

1 周伟生;反渗透膜用药剂的制备及其性能研究[D];天津工业大学;2007年

2 夏明珠;膦酰基羧酸的合成与性能[D];南京理工大学;2006年

3 曹生现;冷却水污垢对策评价与预测方法及装置研究[D];华北电力大学（河北）;2009年

4 王虎传;基于乙二酸封端聚醚无磷水处理剂的合成及性能研究[D];东南大学;2015年

5 靳宝军;纯梁采油厂采输系统结垢机理及防垢技术研究[D];中国石油大学（华东）;2011年

相关硕士学位论文 前10条

1 闫婷婷;对包钢总排一级反渗透运行参数的研究[D];内蒙古科技大学;2019年

2 朱琳;杂质镁离子存在下电场阻垢特性的分子动力学模拟及其实验研究[D];燕山大学;2019年

3 张传鑫;交变电磁及超声阻垢关键技术研究[D];燕山大学;2019年

4 朱琛国;HPMA-AEO-n聚合物阻垢剂的合成及其阻碳酸钙垢性能的研究[D];兰州交通大学;2019年

5 陈家驰;阻垢剂的性能机理及高温高压下阻垢剂研究[D];上海交通大学;2017年

6 朱栋琦;石灰石湿法烟气脱硫喷淋塔阻垢实验研究[D];华北电力大学;2019年

7 陈德红;多效蒸发海水淡化技术中阻垢过程研究[D];大连理工大学;2019年

8 李昀娉;敞开式循环冷却水系统电解阻垢方法的研究[D];中国地质大学(北京);2019年

9 周欣桐;羧酸型阻垢剂在反渗透膜水处理中的应用研究[D];西安工程大学;2019年

10 马婧洁;羧酸基型阻垢剂在纺织空调喷淋水系统中的应用[D];西安工程大学;2019年

本文编号：2800152