本文關(guān)鍵詞：綠色聚合物阻垢劑的合成及其阻垢性能的研究

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【摘要】：在工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)和油田管道中普遍存在較為嚴重的結(jié)垢問題,直接導(dǎo)致了產(chǎn)率下降和能量損耗。而阻垢劑的應(yīng)用是抑制垢形成的最佳方法。本論文主要研究了四種阻垢劑的合成,分別是二乙烯三胺接枝丙烯酸-丙烯酸甲酯聚合物、馬來酸酐-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸共聚物、鹽酸羥胺接枝丙烯酸-丙烯酸甲酯聚合物和對殼聚糖的酰胺化改性。通過紅外(IR)、熱重(TGA)、X射線光電子能譜(XPS)、元素分析等手段對合成產(chǎn)物進行了表征,并利用掃描電鏡(SEM)、靜態(tài)圖片等實驗方法對加入阻垢劑前后的垢進行了分析,通過實驗考察不同因素對阻垢劑性能的影響。主要工作可概括如下:以偶氮二異丁腈(AIBN)為引發(fā)劑,通過聚合反應(yīng)合成丙烯酸-丙烯酸甲酯聚合物(P-AAMA),聚合物P-AAMA與二乙烯三胺發(fā)生邁克爾加成反應(yīng)合成了二乙烯三胺接枝聚丙烯酸-丙烯酸甲酯共聚物(P-AAMA-DETA),并對產(chǎn)物進行了表征,測定了其阻硫酸鈣性能,當P-AAMA-DETA的濃度為1 mg/L時,阻垢率達到了94.27%;且在不同溫度和鈣離子濃度下也對其阻硫酸鈣性能進行了測定,實驗結(jié)果表明,在溫度范圍60-80℃時,最佳阻垢率隨溫度增加而有所降低,但阻垢率均達到80%以上;當鈣離子濃度增加,達到最佳阻垢率所需要阻垢劑的含量也相應(yīng)增加。采用一步合成法以馬來酸酐(MA)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)為原料在過二硫酸鉀作引發(fā)劑的條件下合成聚馬來酸酐-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(PMA-PAMPS)。當PMA-PAMPS濃度為3 mg/L時最佳阻垢率為92.09%,并對不同溫度、同等濃度下的阻硫酸鈣效率進行了比較,在50-60℃時溫度升高阻垢率增加,而當溫度在60-80℃時溫度升高阻垢率下降。在以聚丙烯酸-丙烯酸甲酯(P-AAMA)為中間產(chǎn)物的基礎(chǔ)上,引入了羥肟酸基團,利用鹽酸羥胺合成了羥肟酸類聚合物阻垢劑鹽酸羥胺接枝聚丙烯酸-丙烯酸甲酯(P-AAMA-HOH),對其進行了表征,并對羥肟酸進行了定性檢測。實驗表明阻垢劑具有良好阻垢效果,在60℃條件下當阻垢劑加入量為5 mg/L時阻垢率達96.52%,并分別測定了50-80℃時阻垢劑添加量為5 mg/L時的阻垢率。以天然高分子聚合物殼聚糖(CTS)為原料進行改性,利用氯乙酸合成羧甲基殼聚糖(CMCTS),CMCTS與二乙烯三胺以N-羥基丁二酰亞胺(NHS)、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽(EDC)為活化劑合成阻垢劑二乙烯三胺接枝羧甲基殼聚糖(c-CMCTS-DETA),并分別對CMCTS和c-CMCTS-DETA進行了表征,對比兩者溶解度,進行了阻垢性能的測定。結(jié)果表明當CMCTS加入量為5 mg/L時阻垢率為94.8%;當c-CMCTS-DETA加入量為3 mg/L時阻垢率為98%。
【關(guān)鍵詞】：聚合物 阻垢劑 二乙烯三胺接枝聚丙烯酸-丙烯酸甲酯 聚馬來酸酐-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸 鹽酸羥胺接枝聚丙烯酸-丙烯酸甲酯 殼聚糖改性
【學(xué)位授予單位】：武漢工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ085.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第1章 緒論13-31
• 1.1 引言13-14
• 1.2 阻垢劑簡介14-15
• 1.2.1 阻垢劑的定義14
• 1.2.2 阻垢劑的類別14-15
• 1.2.3 阻垢劑的作用機理15
• 1.3 聚合物阻垢劑的類別15-19
• 1.3.1 天然聚合物阻垢劑15-16
• 1.3.2 均聚物阻垢劑16-17
• 1.3.3 共聚物阻垢劑17-18
• 1.3.4 綠色環(huán)保型聚合物阻垢劑18-19
• 1.4 聚合反應(yīng)簡介19-24
• 1.4.1 聚合反應(yīng)類別19-21
• 1.4.2 自由基聚合機理21-22
• 1.4.3 引發(fā)劑22-24
• 1.5 阻垢劑中的功能性官能團24-25
• 1.6 阻垢性能的測定方法25-28
• 1.6.1 靜態(tài)阻垢性能評定方法25-28
• 1.6.2 動態(tài)阻垢性能評定方法28
• 1.7 本課題研究內(nèi)容及意義28-31
• 第2章 二乙烯三胺接枝丙烯酸-丙烯酸甲酯共聚物阻垢劑31-45
• 2.1 合成路線31-32
• 2.2 實驗試劑32
• 2.3 儀器設(shè)備32-33
• 2.4 合成步驟33
• 2.4.1 P-AAMA的合成33
• 2.4.2 P-AAMA-DETA的合成33
• 2.5 P-AAMA-DETA對硫酸鈣阻垢性能的測定33-35
• 2.5.1 溶液的配制34
• 2.5.2 實驗步驟34-35
• 2.5.3 阻垢率的計算35
• 2.6 結(jié)果與討論35-43
• 2.6.1 P-AAMA和P-AAMA-DETA的紅外光譜圖35-36
• 2.6.2 TGA熱重分析36-37
• 2.6.3 XPS分析37
• 2.6.4 P-AAMA-DETA的濃度對硫酸鈣阻垢性能的影響37-38
• 2.6.5 恒溫溫度對硫酸鈣阻垢性能的影響38-39
• 2.6.6 鈣離子濃度對阻垢性能的影響39-40
• 2.6.7 SEM電鏡掃描分析40
• 2.6.8 恒溫水浴結(jié)果分析40-41
• 2.6.9 P-AAMA-DETA的阻垢機理41-43
• 2.7 本章小結(jié)43-45
• 第3章 PMA-PAMPS共聚物的合成及抑制硫酸鈣沉淀45-53
• 3.1 合成路線45-46
• 3.2 實驗試劑46
• 3.3 儀器設(shè)備46
• 3.4 合成步驟46-47
• 3.4.1 PMA-PAMPS合成46-47
• 3.4.2 合成摩爾比例優(yōu)化47
• 3.4.3 PMA-PAMPS對硫酸鈣阻垢性能的測試47
• 3.5 結(jié)果與討論47-52
• 3.5.1 PMA-PAMPS的紅外分析47-48
• 3.5.2 元素分析48
• 3.5.3 PMA-PAMPS質(zhì)量濃度對硫酸鈣阻垢性能的影響48-49
• 3.5.4 溫度對其阻垢性能的影響49-50
• 3.5.5 高溫下阻垢劑濃度對阻垢性能的影響50-51
• 3.5.6 SEM電鏡掃描分析51-52
• 3.6 本章小節(jié)52-53
• 第4章 鹽酸羥胺接枝聚丙烯酸-丙烯酸甲酯共聚物阻垢劑53-63
• 4.1 合成路線53-54
• 4.2 實驗試劑54
• 4.3 儀器設(shè)備54
• 4.4 合成步驟54-56
• 4.4.1 P-AAMA的合成54-55
• 4.4.2 P-AAMA-HOH的合成55
• 4.4.3 配制FeCl3溶液55-56
• 4.4.4 合成阻垢劑P-AAMA-HOH的阻垢性能測定56
• 4.5 結(jié)果與討論56-61
• 4.5.1 P-AAMA-HOH的紅外分析56-57
• 4.5.2 元素分析57
• 4.5.3 羥肟酸的檢測57-58
• 4.5.4 P-AAMA-HOH的質(zhì)量濃度對硫酸鈣阻垢性能的影響58-59
• 4.5.5 溫度對硫酸鈣阻垢性能的影響59-60
• 4.5.6 SEM電鏡掃描60
• 4.5.7 恒溫水浴靜態(tài)圖片分析60-61
• 4.6 本章小結(jié)61-63
• 第5章 殼聚糖改性63-71
• 5.1 合成路線63-64
• 5.2 實驗試劑64
• 5.3 儀器設(shè)備64
• 5.4 合成步驟64-65
• 5.4.1 CMCTS的合成64-65
• 5.4.2 MES緩沖溶液的配制65
• 5.4.3 c-CMCTS-DETA的合成65
• 5.5 結(jié)果與討論65-69
• 5.5.1 紅外分析65-67
• 5.5.2 溶解度的比較67
• 5.5.3 元素分析67-68
• 5.5.4 CMCTS與c-CMCTS-DETA質(zhì)量濃度對阻垢性能的影響68
• 5.5.5 恒溫水浴靜態(tài)圖片分析68-69
• 5.6 本章小結(jié)69-71
• 第6章 結(jié)論71-73
• 參考文獻73-83
• 攻讀碩士期間已發(fā)表的論文83-85
• 致謝85

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本文編號：559446