聚天冬氨酸(PASP)是一種無(wú)毒、無(wú)磷、可生物降解的環(huán)境友好型阻垢緩蝕劑,具有良好的阻CaCO_3和CaSO_4垢性能,但其阻Ca_3(PO_4)_2垢、分散氧化鐵和緩蝕性能并不突出。本文設(shè)計(jì)并合成了幾種含有羥基和雜環(huán)的改性PASP,發(fā)現(xiàn)在保持PASP原有阻垢緩蝕性能的基礎(chǔ)上,提高了其綜合性能。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:(1)以馬來(lái)酸酐和尿素為原料,通過(guò)熱縮聚反應(yīng)合成了PASP的前驅(qū)體聚琥珀酰亞胺(PSI)。利用2-氨基-2-甲基-1-丙醇、2-氨基-1,3-丙二醇、糠胺和4-(2-氨乙基)嗎啉分別在堿性條件下對(duì)PSI進(jìn)行開(kāi)環(huán),合成了聚天冬氨酸/2-氨基-2-甲基-1-丙醇(PASP/AMP)、聚天冬氨酸/2-氨基-1,3-丙二醇(PASP/APD)、聚天冬氨酸/糠胺(PASP/FA)以及聚天冬氨酸/4-(2-氨乙基)嗎啉(PASP/AEM)四種改性PASP,并通過(guò)~1H NMR對(duì)合成產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。(2)采用靜態(tài)法評(píng)價(jià)了改性PASP的阻垢和分散氧化鐵性能。相比PASP,PASP/AMP、PASP/APD和PASP/FA對(duì)CaCO_3和CaSO_4的阻垢效果都有了一定的改善;四種改性PASP對(duì)Ca_3(PO_4)_2的阻垢效果較PASP均有大幅度的提高。其中,PASP/APD分別在用量為1 mg/L和4 mg/L時(shí),對(duì)CaCO_3和CaSO_4的阻垢率達(dá)到100%;PASP/AEM在用量為10 mg/L時(shí),對(duì)Ca_3(PO_4)_2的阻垢率達(dá)到100%。此外,PASP/FA和PASP/AEM均表現(xiàn)出良好的分散氧化鐵性能,在56 mg/L的劑量下,測(cè)試溶液的透光率分別為69%和66%。利用SEM和XRD研究了加入改性PASP前后垢晶體的形貌變化。當(dāng)改性PASP加入水中時(shí),垢晶體的生長(zhǎng)受到了嚴(yán)重抑制,表面變得粗糙,結(jié)構(gòu)也變得不規(guī)則且細(xì)碎,難以大量堆積。(3)通過(guò)失重法和電化學(xué)法評(píng)價(jià)了改性PASP在0.5 M H_2SO_4體系中對(duì)碳鋼的緩蝕性能。四種改性PASP對(duì)碳鋼的緩蝕效果相比PASP都有了不同程度的提高。其中,PASP/AEM在劑量為100 mg/L時(shí),緩蝕率高達(dá)90.3%。PASP/AEM屬于混合型緩蝕劑,既可以抑制陽(yáng)極的金屬溶解,又可以抑制陰極的析氫反應(yīng)。當(dāng)PASP/AEM加入H_2SO_4溶液中時(shí),可以在碳鋼的表面上形成均勻且致密的吸附膜,阻止酸溶液與金屬的接觸,減緩金屬的腐蝕。(4)考察了改性PASP的生物降解性。PASP/AMP、PASP/APD、PASP/FA和PASP/AEM在28天內(nèi)的生物降解率分別為65%、61%、58%和55%。
【學(xué)位單位】：河南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TG174.42
【部分圖文】：

圖 1-1 工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)Figure 1-1 Industrial recirculating cooling water system1.2 阻垢與除垢技術(shù)卻水在循環(huán)過(guò)程中由于水溫升高、流速變化、蒸發(fā)濃縮等因素導(dǎo)致其中某和無(wú)機(jī)陰離子結(jié)合生成沉淀，沉積在設(shè)備和管道表面，從而引起設(shè)備與管低換熱效率，嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致熱量堆積，引發(fā)一系列安全事故[10]。此外，加速設(shè)備和管道的腐蝕，增加運(yùn)營(yíng)成本和風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)。為了提高水的冷卻效的形成，增加水的循環(huán)使用次數(shù)，通常要對(duì)循環(huán)水進(jìn)行處理。目前使用的分為物理處理法和化學(xué)處理法。理處理法主要包括傳統(tǒng)的沉淀、過(guò)濾以及膜處理、靜電處理、脈沖電場(chǎng)處和超聲波處理等[11-16]。物理法的特點(diǎn)是成本較低，操作簡(jiǎn)單，不會(huì)對(duì)水質(zhì)能耗較大且效果不佳�；瘜W(xué)處理法主要是向水中投加化學(xué)阻垢劑來(lái)抑制水

圖 1-2 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的結(jié)垢現(xiàn)象Figure 1-2 Scale deposition in recirculating cooling water system雖然利用包括物理和化學(xué)等多種方法可以抑制水垢的形成，但在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，結(jié)垢是一種無(wú)法完全避免的現(xiàn)象，需要定期對(duì)水垢進(jìn)行清除。除垢手段多種多樣，人工清洗方便可靠，不會(huì)產(chǎn)生化學(xué)廢液，但是這種方式效率低下，勞動(dòng)強(qiáng)度大，清洗也不夠徹底，已經(jīng)被逐漸淘汰。物理清洗包括高壓水射流清洗、電脈沖清洗、超聲波清洗、拋丸清洗和機(jī)械刮擦等，安全高效，是常用的清洗方式[18-20]。此外，另一種常見(jiàn)的清洗方式是化學(xué)清洗，是在換熱和冷卻等設(shè)備中加入酸溶液，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)快速溶解水垢的清洗方法。常用作清洗的酸包括硫酸、鹽酸、磷酸、硝酸、氫氟酸、氨基磺酸等無(wú)機(jī)酸，以及甲酸、醋酸、EDTA、檸檬酸等有機(jī)酸，其作用效果各不相同[21-25]。然而，由于大多數(shù)設(shè)備都是金屬設(shè)備，材質(zhì)多為碳鋼，各種酸對(duì)金屬設(shè)備均有不同程度的腐蝕作用，同時(shí)，反應(yīng)所放出的氫會(huì)向金屬內(nèi)部擴(kuò)散，使設(shè)備發(fā)生脆氫現(xiàn)象，帶來(lái)安全隱患。此外，反應(yīng)也會(huì)放出酸性氣體，使勞動(dòng)條件惡化[26]。所以，酸洗時(shí)需要向

過(guò)程從電化學(xué)角度可以解釋為金屬和電解質(zhì)分別作為腐蝕原電池的反應(yīng)體系為共軛體系，一旦陽(yáng)極或陰極蝕劑作用在金屬表面上，可以分別或同時(shí)抑制陽(yáng)極的效果。根據(jù)抑制的電極類(lèi)型不同，可以把緩蝕劑分及混合型緩蝕劑[74]。冬氨酸的合成與改性冬氨酸的合成方法自 20 世紀(jì) 90 年代開(kāi)始被開(kāi)發(fā)使用以來(lái)，由于具有良磷、可生物降解的特點(diǎn)，受到了國(guó)內(nèi)外研究者的密泛應(yīng)用[75]。聚天冬氨酸是一種聚氨基酸，有 α 和 β 兩蝸牛和一些軟體動(dòng)物殼內(nèi)，均為 α 構(gòu)型，而人工合成型的混合形式存在[76]。
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