發(fā)布時(shí)間：2020-08-15 16:14

【摘要】：水污染與水資源短缺已成為人類社會(huì)和經(jīng)濟(jì)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(shì)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(jī)膦酸鹽為主要成分的磷系藥劑,磷系藥劑是水中細(xì)菌和藻類的營(yíng)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(yíng)養(yǎng)化,造成生態(tài)環(huán)境的破壞,因此,開發(fā)一種無(wú)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(duì)PASP-CS的阻垢緩蝕性能、機(jī)理及其影響因素進(jìn)行研究,旨在開發(fā)一種環(huán)保型無(wú)磷阻垢緩蝕劑,以取代傳統(tǒng)的磷系阻垢緩蝕劑,保護(hù)水環(huán)境。本文主要研究成果如下:(1)以馬來(lái)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(yīng)得到產(chǎn)物PASP-CS。通過(guò)對(duì)反應(yīng)條件的優(yōu)化,研究各種因素影響下產(chǎn)物對(duì)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(yīng)溫度為40℃,反應(yīng)時(shí)間為3h。通過(guò)對(duì)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(shí),PASP-CS對(duì)碳酸鈣和磷酸鈣的阻垢率分別為91.1%和84.9%,較之PASP對(duì)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(duì)碳酸鈣和磷酸鈣的阻垢效率,這是因?yàn)闅ぞ厶侵泻写罅康?OH,通過(guò)改性后能夠提高聚合物對(duì)二價(jià)陽(yáng)離子的穩(wěn)定性,提高其抗水解和抗凝膠能力。(2)通過(guò)將PASP-CS與常用阻垢劑進(jìn)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(guò)殼聚糖改性后分子中同時(shí)含有-COOH和-OH基團(tuán)的PASP-CS阻垢性能最佳,分子中只含有-COOH和只含有-OH基團(tuán)的PASP和CS阻垢性能較差,PASP-CS對(duì)磷酸鈣具有優(yōu)異的阻垢性能。通過(guò)對(duì)鈣垢掃描和XRD分析表明當(dāng)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(guò)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(guò)對(duì)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(guò)極化曲線分析表明PASP-CS是一種陽(yáng)極型的緩蝕劑,能在碳鋼表面形成吸附膜,對(duì)碳鋼表現(xiàn)出了較好的緩蝕保護(hù)能力。通過(guò)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(guò)對(duì)PASP-CS應(yīng)用性能研究表明,在藥劑添加量為10mg/L時(shí)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(guò)運(yùn)用分子動(dòng)力學(xué)方法對(duì)PASP-CS與碳酸鈣和磷酸鈣的阻垢機(jī)理進(jìn)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(shí)際情況吻合,水分子的存在增強(qiáng)了聚合物阻垢劑的形變能。通過(guò)將常用阻垢劑與碳酸鈣和磷酸鈣的模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較分析,結(jié)果可知在水溶條件模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致,說(shuō)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(zhǔn)確地預(yù)測(cè)阻垢劑對(duì)碳酸鈣和磷酸鈣的阻垢效果。(5)通過(guò)運(yùn)用分子動(dòng)力學(xué)方法對(duì)PASP-CS與碳鋼進(jìn)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(duì)比PASP-CS與方解石和羥基磷灰石的形變能增加,這說(shuō)明在不同晶面上水分子的作用則不同,充分說(shuō)明了在構(gòu)建模擬體系時(shí)水分子存在的重要性。通過(guò)將常用緩蝕劑與碳鋼進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬,模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較分析,結(jié)果可知在水溶條件下模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致,在水溶條件下的模擬方法可以用來(lái)快速準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)緩蝕劑對(duì)碳鋼的緩蝕效果。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ085.4
【圖文】：

進(jìn)行縮聚方法制得了聚天冬氨酸，然后對(duì) PASP 熱性能和阻垢性能進(jìn)行分析，研究表明，PASP 可以耐高溫而且熱穩(wěn)定性好，而當(dāng) Ca2+濃度在 300 mg/L 時(shí)，PASP用量為 0.2 mg/L 時(shí)，PASP 對(duì) CaCO3的阻垢率為 88%，而且阻垢率達(dá)到 100%時(shí)的 PASP 藥劑用量?jī)H僅為 2.0 mg/L。1.3.2 聚天冬氨酸改性研究進(jìn)展在合成 PASP 時(shí)通常首先用原材料聚合反應(yīng)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(jìn)行水解而成。而通過(guò)對(duì)聚天冬氨酸的研制進(jìn)行研究，研究發(fā)現(xiàn) PASP 有三種改性途徑，第一種是通過(guò)改變?cè)牧系慕M成；第二種是通過(guò)在堿性水解過(guò)程中，在對(duì)聚琥珀酰亞胺進(jìn)行開環(huán)時(shí)改變使用其他堿性材料，然后將目標(biāo)基團(tuán)引入再進(jìn)行反應(yīng)；第三種是通過(guò) PASP 自身發(fā)生反應(yīng)。通過(guò)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(dāng)溫度在恒有著良好的協(xié)同效應(yīng)，而且其阻其阻垢性能更為優(yōu)異。性能研究進(jìn)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(gè)行業(yè)的極大關(guān)注，與此同時(shí)取以及回收和生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)

1.196 為馬來(lái)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(shí)間，稀鹽酸調(diào)節(jié)其 pH 值為中性，再向其加入 20mL 的無(wú)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(yīng)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(xiàn)】

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1 韶暉;周胤;王雅;冷一欣;鐘t

本文編號(hào)：2794348