【摘要】：水污染與水資源短缺已成為人類社會和經(jīng)濟發(fā)展的制約因素,研究節(jié)能環(huán)保的環(huán)境治理技術(shù)勢在必行。目前工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中大多使用的是以有機膦酸鹽為主要成分的磷系藥劑,磷系藥劑是水中細菌和藻類的營養(yǎng)成分,含磷系藥劑的循環(huán)冷卻水排放后,易引起水體的富營養(yǎng)化,造成生態(tài)環(huán)境的破壞,因此,開發(fā)一種無磷環(huán)保型的阻垢緩蝕劑已成為水處理劑領(lǐng)域亟待解決的重要課題。本論文用殼聚糖(CS)改性聚天冬氨酸(PASP),合成了聚天冬氨酸改性聚合物(PASP-CS),并對PASP-CS的阻垢緩蝕性能、機理及其影響因素進行研究,旨在開發(fā)一種環(huán)保型無磷阻垢緩蝕劑,以取代傳統(tǒng)的磷系阻垢緩蝕劑,保護水環(huán)境。本文主要研究成果如下:(1)以馬來酸酐和尿素為原料合成了PASP,用乙二胺與PASP合成側(cè)鏈帶有氨基的中間產(chǎn)物(EPASP),再用CS與EPASP反應得到產(chǎn)物PASP-CS。通過對反應條件的優(yōu)化,研究各種因素影響下產(chǎn)物對CaCO_3和Ca_3(PO_4)_2阻垢性能,得到最佳合成工藝條件為:EPASP與CS的質(zhì)量比為2:1,EPASP與50%戊二醛質(zhì)量比為1:1,2%鹽酸與2%醋酸最佳體積比為4:1,反應溫度為40℃,反應時間為3h。通過對改性產(chǎn)物PASP-CS、PASP和PASP與CS混合物阻垢性能比較分析表明,投加濃度為10mg/L時,PASP-CS對碳酸鈣和磷酸鈣的阻垢率分別為91.1%和84.9%,較之PASP對碳酸鈣和磷酸鈣的阻垢性能分別提高了14.8%和17.5%。殼聚糖改性聚天冬氨酸之后大幅提高了對碳酸鈣和磷酸鈣的阻垢效率,這是因為殼聚糖中含有大量的-OH,通過改性后能夠提高聚合物對二價陽離子的穩(wěn)定性,提高其抗水解和抗凝膠能力。(2)通過將PASP-CS與常用阻垢劑進行阻碳酸鈣、磷酸鈣、硫酸鈣、穩(wěn)鋅離子和分散三氧化二鐵性能研究,結(jié)果表明PASP-CS具有廣泛、高效的阻垢性能和較好的綜合性能。通過殼聚糖改性后分子中同時含有-COOH和-OH基團的PASP-CS阻垢性能最佳,分子中只含有-COOH和只含有-OH基團的PASP和CS阻垢性能較差,PASP-CS對磷酸鈣具有優(yōu)異的阻垢性能。通過對鈣垢掃描和XRD分析表明當加入PASP-CS后,由于Ca~(2+)和水樣中的碳酸根離子與磷酸根離子結(jié)合過程中受到PASP-CS的抑制作用,使得形成的CaCO_3不規(guī)則,不再是菱形、條形,得到的晶體形成了分層扭曲,垢樣質(zhì)地疏松分散,生成的磷酸鈣晶體結(jié)構(gòu)變得扭曲,不規(guī)則和分散。(3)通過對PASP-CS緩蝕性能研究表明,PASP-CS的緩蝕性能優(yōu)于常用的水處理藥劑,PASP-CS較PASP緩蝕率提高了24.7%。通過極化曲線分析表明PASP-CS是一種陽極型的緩蝕劑,能在碳鋼表面形成吸附膜,對碳鋼表現(xiàn)出了較好的緩蝕保護能力。通過電鏡掃描和XRD分析表明,加入PASP-CS后在金屬試片的表面形成了一層吸附膜,阻止了腐蝕性離子在試片表面作用,表現(xiàn)出很好的緩蝕性能。通過對PASP-CS應用性能研究表明,在藥劑添加量為10mg/L時可以將循環(huán)冷卻水中(總硬+總堿)=15mmol/L的成垢物質(zhì)穩(wěn)定在水中,PASP-CS阻垢緩蝕性能優(yōu)于低磷緩蝕阻垢劑。(4)通過運用分子動力學方法對PASP-CS與碳酸鈣和磷酸鈣的阻垢機理進行模擬,研究結(jié)果表明,PASP-CS與鈣垢晶體是相互吸引的,PASP-CS與鈣垢的結(jié)合能大于PASP與鈣垢的結(jié)合能,在模擬體系中加入水分子后使得模擬結(jié)果與實際情況吻合,水分子的存在增強了聚合物阻垢劑的形變能。通過將常用阻垢劑與碳酸鈣和磷酸鈣的模擬結(jié)果與實驗結(jié)果進行比較分析,結(jié)果可知在水溶條件模擬結(jié)果與實驗結(jié)果基本一致,說明水溶條件下模擬是可行的,在水溶條件下的模擬方法可以快速準確地預測阻垢劑對碳酸鈣和磷酸鈣的阻垢效果。(5)通過運用分子動力學方法對PASP-CS與碳鋼進行模擬,結(jié)果表明水分子存在的情況下,聚合物與碳鋼晶面形變能減少,對比PASP-CS與方解石和羥基磷灰石的形變能增加,這說明在不同晶面上水分子的作用則不同,充分說明了在構(gòu)建模擬體系時水分子存在的重要性。通過將常用緩蝕劑與碳鋼進行分子動力學模擬,模擬結(jié)果與實驗結(jié)果進行比較分析,結(jié)果可知在水溶條件下模擬結(jié)果與實驗結(jié)果基本一致,在水溶條件下的模擬方法可以用來快速準確地預測緩蝕劑對碳鋼的緩蝕效果。
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TQ085.4
【圖文】：

進行縮聚方法制得了聚天冬氨酸，然后對 PASP 熱性能和阻垢性能進行分析，研究表明，PASP 可以耐高溫而且熱穩(wěn)定性好，而當 Ca2+濃度在 300 mg/L 時，PASP用量為 0.2 mg/L 時，PASP 對 CaCO3的阻垢率為 88%，而且阻垢率達到 100%時的 PASP 藥劑用量僅僅為 2.0 mg/L。1.3.2 聚天冬氨酸改性研究進展在合成 PASP 時通常首先用原材料聚合反應制得中間產(chǎn)物聚琥珀酰亞胺，再把其中間產(chǎn)物在堿性的環(huán)境中進行水解而成。而通過對聚天冬氨酸的研制進行研究，研究發(fā)現(xiàn) PASP 有三種改性途徑，第一種是通過改變原材料的組成；第二種是通過在堿性水解過程中，在對聚琥珀酰亞胺進行開環(huán)時改變使用其他堿性材料，然后將目標基團引入再進行反應；第三種是通過 PASP 自身發(fā)生反應。通過以上這三種改性途徑，出現(xiàn)了三種改性的方法，即共聚改性、交聯(lián)改性和開環(huán)改性。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當溫度在恒有著良好的協(xié)同效應，而且其阻其阻垢性能更為優(yōu)異。性能研究進展叫做脫乙酰甲殼素，是由幾丁質(zhì)(聚葡萄糖胺(1-4)-2-氨基-B-D 葡萄特性是具有生物官能性、安全性各個行業(yè)的極大關(guān)注，與此同時取以及回收和生物醫(yī)學工程等領(lǐng)

1.196 為馬來酸酐分子量和 PSI 單分子量的比值。珀酰亞胺的水解定量按上述方法制備的 PSI 置于燒杯中，加入一定量的 NaOH 溶液，室溫下攪拌至溶解得到深紅棕色液體，隨后水浴加熱一定時間，稀鹽酸調(diào)節(jié)其 pH 值為中性，再向其加入 20mL 的無水乙醇，使其沉淀液后，放入 80℃烘箱中烘干處理，干燥后為紅棕色脆性固體，即為氨酸[100]。反應式如圖 2.2 所示。圖 2.1 聚琥珀酰亞胺的合成Figure 2.1 synthesis of polysuccinimide

【參考文獻】

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本文編號：2794348