【摘要】：聚合物阻垢劑被廣泛應用于減少工業(yè)冷卻水系統(tǒng)中由結垢造成的損失。本文以脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-9、AEO-10、AEO-15和AEO-20)和馬來酸酐(MA)分別反應合成了單體MA-AEO-n(n=9、10、15、20),然后以MA和MA-AEO-n為單體,以雙氧水(H_2O_2)為引發(fā)劑、硫酸鐵銨(NH_4Fe(SO_4)_2·12H_2O)為催化劑,通過自由基聚合的方法合成了四種以馬來酸酐為基礎的聚合物阻垢劑HPMA-AEO-n(n=9、10、15、20)。利用正交實驗探索了最佳合成條件:單體比例m(MA):m(MA-AEO-9)=6:1,m(MA):m(MA-AEO-10)=11:1、m(MA):m(MA-AEO-15)=11:1、m(MA):m(MA-AEO-20)=12:1,引發(fā)劑和催化劑的用量分別為總單體的7.5%(摩爾分數(shù))和0.04%(摩爾分數(shù)),反應溫度為95°C,反應時間為2 h。利用紅外光譜(FT-IR)、核磁共振波譜(~1H NMR)和凝膠色譜(GPC)對聚合物的結構及分子量進行表征。利用靜態(tài)阻垢實驗考察了添加量、Ca~(2+)濃度、溫度、pH以及EO:羧基比值對HPMA-AEO-n抑制碳酸鈣垢性能的影響,并通過電導率法研究了HPMA-AEO-n對CaCO_3溶液過飽和度的影響。采用掃描電鏡(SEM)和X衍射(XRD)技術考察了HPMA-AEO-n存在時碳酸鈣污垢的形貌及晶態(tài),探索了HPMA-AEO-n的阻垢機理。利用動態(tài)試驗探索了HPMA-AEO-9對CaCO_3結垢過程的影響,并同HPMA進行了對比。實驗結果表明:當添加量為8 mg/L時,HPMA-AEO-n的阻垢效率可以達到98%;當Ca~(2+)濃度小于900 mg/L、溫度在40-90°C或pH在7.0-9.0時,HPMA-AEO-n具有優(yōu)異的抑制碳酸鈣污垢的性能;溫度和pH對HPMA-AEO-n對碳酸鈣污垢效率的影響隨著EO:羧基比例的增加而減少;在長時間運行過程中,HPMA-AEO可以保持良好且穩(wěn)定的阻垢效率;與三種商業(yè)阻垢劑HPMA、PAA和HEDP相比,HPMA-AEO具有優(yōu)異的抗鈣、耐堿和耐溫的能力;HPMA-AEO-n對CaCO_3溶液過飽和度(S_r)的影響要小于HPMA的影響,并且這種影響會隨著EO:羧基比的增加而減少,說明HPMA-AEO-n中EO基團與Ca~(2+)之間的作用對HPMA-AEO-n阻碳酸鈣有一定的貢獻。與HPMA相比,HPMA-AEO-9可以在碳酸鈣成核階段抑制晶核的生成,在污垢增長階段能夠更早地中斷晶體的正常生長,減少大顆粒污垢的生成,降低污垢生長速率,減小碳酸鈣污垢對不銹鋼管換熱效率的影響。HPMA-AEO-n的阻垢機理表現(xiàn)為螯合增溶和晶格畸變,且HPMA-AEO-n在抑制碳酸鈣污垢時表現(xiàn)出明顯地“閾值效應”。HPMA-AEO-n可以與Ca~(2+)離子結合,形成具有良好溶解性的螯合物,從而降低沉淀過程中的有效過飽和度。當HPMA-AEO-n吸附在碳酸鈣晶體表面時,AEO基團中十二烷基的存在會對碳酸鈣晶體的生長產(chǎn)生晶格畸變,這種影響大于HPMA分子引起的影響。
【學位授予單位】：蘭州交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TQ085.412
【圖文】：

圖 2.3 單體 MA-AEO-n (n=9、10、15、20)的紅外光譜O-n (n=9、10、15、20)的 FTIR 光譜分析圖顯示于圖23 cm-1與2856 cm-1處的雙峰為飽和脂肪烴C H鍵的中聚醚( CH2CH2O)結構的不對稱伸縮振動引起，3鍵的存在，同時在 1351 cm-1左右和 1213 cm-1附近分O 的伸縮振動的特征峰，這表明分子結構中存在羧酸縮振動峰，C=C鍵的共軛伸縮振動峰出現(xiàn)在1641 cm-化反應發(fā)生，并成功合成出了單體 MA-AEO-n。O-n 的紅外光譜表征(FT-IR)商業(yè)級阻垢劑水解聚馬來酸酐(HPMA)的紅外譜圖，的存在，而在在 1376 cm-1左右和 1185 cm-1附近分別伸縮振動的特征峰；C=O 鍵的伸縮振動峰出現(xiàn)在 1峰由 C H 鍵的伸縮振動引起。

圖 2.4 HPMA 的紅外光譜圖PMA-AEO-n (n=9、10、15、20)，其紅外圖譜由圖 2.5了 O H 鍵的存在，1351 cm-1和 1181 cm-1分別是由縮振動引起的特征峰，這表明分子結構中存在羧酸峰為飽和脂肪烴 C H 鍵的伸縮振動峰；1100 cm-1處的不對稱伸縮振動引起；1731 cm-1處為 C=O 鍵的伸合物 HPMA-AEO-n 的紅外譜圖中，1641 cm-1附近 失，說明 MA 與單體 MA-AEO-n 成功發(fā)生了聚合反

圖 2.4 HPMA 的紅外光譜圖PMA-AEO-n (n=9、10、15、20)，其紅外圖譜由圖 2.5了 O H 鍵的存在，1351 cm-1和 1181 cm-1分別是由縮振動引起的特征峰，這表明分子結構中存在羧酸峰為飽和脂肪烴 C H 鍵的伸縮振動峰；1100 cm-1處的不對稱伸縮振動引起；1731 cm-1處為 C=O 鍵的伸合物 HPMA-AEO-n 的紅外譜圖中，1641 cm-1附近 失，說明 MA 與單體 MA-AEO-n 成功發(fā)生了聚合反

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本文編號：2800152