本文關鍵詞：谷氨酸封端聚醚阻垢劑的合成及性能研究

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【摘要】：水是人類的生命之源,是國民經(jīng)濟的命脈。我國水資源總量豐富但人均占有量少,水資源匱乏一直是我國的一大難題。水資源消耗中,石化、化肥、電力等行業(yè)中的工業(yè)冷卻水所占的比例較大。為了節(jié)約水資源和減少污染,工業(yè)冷卻水不斷提高濃縮倍數(shù),但這卻加快了一些難溶鹽的沉淀趨勢,使結垢問題日益嚴重。水處理領域普遍采用化學處理的方法來解決這一問題,即通過添加阻垢劑防止結垢。本論文在研究國內(nèi)外前沿綠色阻垢劑相關文獻的基礎上,以開發(fā)新型聚醚類綠色阻垢劑為目的,制備了一種谷氨酸封端無磷環(huán)保型聚醚阻垢劑——丙烯酸/丙基聚氧乙烯谷氨酸鹽共聚物阻垢劑(AA/APEU)。通過紅外和核磁表征驗證了AA/APEU的制備,同時模擬工業(yè)循環(huán)水水質(zhì)和海水水質(zhì)測試了AA/APEU的阻垢性能和分散性能,最后,通過對添加AA/APEU產(chǎn)生的鈣垢進行表征分析,探討了AA/APEU的阻垢機理。通過谷氨酸對烯丙基聚氧乙烯醚(APEG)進行羧基封端酯化,合成了烯丙基聚氧乙烯醚谷氨酸鹽(APEU),然后以過硫酸銨為引發(fā)劑,在水相體系中以APEU與丙烯酸(AA)共聚制備無磷谷氨酸封端聚醚阻垢劑AA/APEU.通過紅外(FT-IR)和核磁氫譜('H-NMR)分析證明谷氨酸對APEG成功封端,同時AA/APEU共聚物結構證實。熱重分析(TGA)表明聚醚大分子單體APEU和共聚物AA/APEU具有較好的熱穩(wěn)定性。同時,分別研究了循環(huán)冷卻水水質(zhì)和海水水質(zhì)中AA/APEU阻碳酸鈣、硫酸鈣垢以及分散氧化鐵的性能,研究表明：在循環(huán)冷卻水水質(zhì)中,AA/APEU阻碳酸鈣垢的臨界值為10mg·L-1,此時能達到76.8%的碳酸鈣阻垢率,阻硫酸鈣垢的臨界值為投加量為2mg·L-1,能達到近100%的硫酸鈣阻垢率；投加量為4 mg·L-1使氧化鐵溶液達到最低為16.8%的透光率,而在海水濃縮法實驗中,AA/APEU的投加量為5mg·L-1達到臨界值,此時鈣垢阻垢率為77.7%,并且隨濃縮倍數(shù)的提高略有提升。AA/APEU與市售阻垢劑的性能對比研究說明AA/APEU是一種優(yōu)異的阻垢分散劑,能適用于冷卻水系統(tǒng)和海水淡化系統(tǒng)。對有無AA/APEU添加產(chǎn)生的碳酸鈣和硫酸鈣垢的表面形貌和晶體變化進行了SEM. XRD研究,結果表明：AA/APEU的加入改變了鈣垢的形貌和大小,使規(guī)整光滑的鈣垢表面變得粗糙,進而使質(zhì)地密實堅硬的水垢變得疏離松軟,易于被水流沖走。AA/APEU的阻垢可能是通過晶格畸變和螯合分散兩種機理來實現(xiàn),在鈣垢的成核階段,AA/APEU主要通過晶格畸變作用使鈣垢的晶核無法正常生長,而在晶體生長階段,AA/APEU主要通過羧酸基團的螯合作用,螫合鈣離子形成水溶性較高的螫合物,從而使鈣垢易于分散在水中,最終達到良好的阻垢效果。采用自由基聚合方法合成的AA/APEU聚合物具有一定降解性,同時其分子結構無磷,阻垢分散性能優(yōu)異且適用范圍廣,是一種新型高效的多功能環(huán)保型阻垢劑。本研究為AA/APEU在循環(huán)冷卻水及海水淡化中的應用提供了理論基礎,在工業(yè)水系統(tǒng)中具有潛在的應用價值。
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ085.4

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