本文關(guān)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(lèi)的生命之源,是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的命脈。我國(guó)水資源總量豐富但人均占有量少,水資源匱乏一直是我國(guó)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(shì),使結(jié)垢問(wèn)題日益嚴(yán)重。水處理領(lǐng)域普遍采用化學(xué)處理的方法來(lái)解決這一問(wèn)題,即通過(guò)添加阻垢劑防止結(jié)垢。本論文在研究國(guó)內(nèi)外前沿綠色阻垢劑相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,以開(kāi)發(fā)新型聚醚類(lèi)綠色阻垢劑為目的,制備了一種谷氨酸封端無(wú)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(guò)紅外和核磁表征驗(yàn)證了AA/APEU的制備,同時(shí)模擬工業(yè)循環(huán)水水質(zhì)和海水水質(zhì)測(cè)試了AA/APEU的阻垢性能和分散性能,最后,通過(guò)對(duì)添加AA/APEU產(chǎn)生的鈣垢進(jìn)行表征分析,探討了AA/APEU的阻垢機(jī)理。通過(guò)谷氨酸對(duì)烯丙基聚氧乙烯醚(APEG)進(jìn)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(guò)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(wú)磷谷氨酸封端聚醚阻垢劑AA/APEU.通過(guò)紅外(FT-IR)和核磁氫譜('H-NMR)分析證明谷氨酸對(duì)APEG成功封端,同時(shí)AA/APEU共聚物結(jié)構(gòu)證實(shí)。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(shí),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(shí)能達(dá)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(dá)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(dá)到最低為16.8%的透光率,而在海水濃縮法實(shí)驗(yàn)中,AA/APEU的投加量為5mg·L-1達(dá)到臨界值,此時(shí)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(duì)比研究說(shuō)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(duì)有無(wú)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(jìn)行了SEM. XRD研究,結(jié)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(jìn)而使質(zhì)地密實(shí)堅(jiān)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(guò)晶格畸變和螯合分散兩種機(jī)理來(lái)實(shí)現(xiàn),在鈣垢的成核階段,AA/APEU主要通過(guò)晶格畸變作用使鈣垢的晶核無(wú)法正常生長(zhǎng),而在晶體生長(zhǎng)階段,AA/APEU主要通過(guò)羧酸基團(tuán)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(dá)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(shí)其分子結(jié)構(gòu)無(wú)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(yīng)用提供了理論基礎(chǔ),在工業(yè)水系統(tǒng)中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TQ085.4

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