聚天冬氨酸/对氨基苯甲酰胺接枝物的合成及阻垢性能

以马来酸酐、尿素为原料合成了聚琥珀酰亚胺(PSI),再以对氨基苯甲酰胺为开环介质在碱性条件下对PSI进行开环反应合成了新型绿色阻垢剂聚天冬氨酸/对氨基苯甲酰胺(PASP/4-ABZM).通过FT-IR、SEM等表征手段对接枝共聚物的结构和结垢的形态进行了分析,并采用静态阻垢法考察了PASP/4-ABZM的阻钙垢性能.实验结果表明:当接枝物的浓度为0.5 mg/L时阻CaCO_3垢效率接近100%;当浓度为3 mg/L时阻CaSO_4垢效率接近100%;当浓度为9 mg/L时阻Ca3(PO_4)_2垢效率可达90%.加入接枝共聚物之后,三种垢的形态均发生了明显的变化.     

聚天冬氨酸-亚氨基二乙酸聚合物的合成及阻垢性能研究

绿色高效阻垢剂的合成是目前工业循环水领域中的研究热点.以聚琥珀酰亚胺(Polysuccinimide, PSI)、亚氨基二乙酸(Iminodiacetic Acid, IA)为原料,采用接枝共聚法合成了高效水处理剂聚天冬氨酸-亚氨基二乙酸聚合物.利用核磁共振波谱仪和傅立叶变换红外光谱对该聚合物的结构进行表征.通过静态阻垢法测定了聚天冬氨酸-亚氨基二乙酸聚合物在工业循环水中的阻垢性能.结果表明,该聚合物浓度为10 mg/L时,阻CaCO_3垢效率比PASP增加了48%;在15 mg/L时PASP-IA的阻CaSO_4效率已接近100%,显示出了优异的阻垢性能.     

聚天冬氨酸/3,5-二氨基苯甲酸的合成及缓蚀阻垢性能

通过氨基开环的方法合成了聚天冬氨酸/3,5-二氨基苯甲酸接枝共聚物(PASP/3,5-DMBA),采用静态阻垢、动态腐蚀等方法考察了该共聚物的阻垢和缓蚀性能。结果表明,3,5-二氨基苯甲酸的引入可有效改善聚天冬氨酸(PASP)的阻垢与缓蚀性能,尤其在较低的浓度下对CaSO_4和Ca_3(PO_4)_2的阻垢性能有明显的提高。当PASP/3,5-DMBA药剂用量分别为1.25mg/L、6mg/L时,其对CaCO_3、CaSO_4的阻垢效率接近100%。当用量为18mg/L时,对Ca_3(PO_4)2的阻垢效率可达75%。通过扫描电镜(SEM)观察发现,加入PASP/3,5-DMBA后钙垢晶体结构发生了畸变,呈分散开花状。     

聚天冬氨酸/2-噻吩甲胺接枝共聚物的制备及阻垢缓蚀性能

以马来酸酐、尿素和2-噻吩甲胺为原料,合成了聚天冬氨酸/2-噻吩甲胺接枝共聚物(PASP/2-TPMA).利用核磁共振氢谱(1H-NMR)表征了该共聚物的化学结构,并利用静态测试法、旋转挂片法等研究了其作为工业冷却循环水处理药剂的阻垢和缓蚀性能.研究表明:在浓度为1 mg/L时,PASP/2-TPMA阻CaCO_3垢率可达到100%;浓度为3 mg/L时阻CaSO_4垢率可达100%;在浓度为20 mg/L时,阻Ca_3(PO_4)_2垢率达到65%.在缓蚀性能方面,在浓度为16 mg/L时,PASP/2-TPMA的缓蚀率可达36%左右.在相同测试条件下,PASP/2-TPMA的阻垢和缓蚀性能均优于PASP.     

绿色阻垢剂聚天冬氨酸阻垢性能的实验研究

采用静态与动态实验方法,对聚天冬氨酸的阻垢性能进行了实验研究．静态实验研究表明,在溶液低于60℃的情况下,聚天冬氨酸具有优良的阻垢性能,硬度为600mg／L的溶液添加3mg／L聚天冬氨酸,阻垢率即可超过90％．在800mg／L硬度的情况下,在溶液温度30℃时添加6mg／L聚天冬氨酸,在溶液温度60℃时添加12mg／L聚天冬氨酸,阻垢率均可达到90％以上．CaCO3晶体的扫描电子显微镜结果表明,加入阻垢剂使CaCO3由质地坚硬的柱状晶体转变为松软的不定型体,容易被水冲走而不是沉积在换热表面．动态实验研究表明,成垢溶液添加阻垢剂之后,污垢热阻明显减小,换热表面基本不结垢．     

两种聚天冬氨酸接枝共聚物的制备及其阻垢性能

以马来酸酐、尿素、二乙烯三胺、1-氨基-2-萘酚-4-磺酸等为原料,合成了聚天冬氨酸/二乙烯三胺(PASP/DETA)和聚天冬氨酸/1-氨基-2-萘酚-4-磺酸接枝共聚物(PASP/1,2,4);采用红外光谱仪分析了产物的化学结构,并测定了其对工业用水的阻垢性能.结果表明,PASP/DETA对Ca3(PO4)2具有很好的阻垢性能,PASP/1,2,4对CaCO3具有很好的阻垢性能;当二者按PASP/DETA浓度5mg/L、PASP/1,2,4浓度1.5mg/L复配使用时,对CaCO3的阻垢率可达95.4%,对Ca3(PO4)2的阻垢率可达95.2%.     

阻垢剂阻BaSO4垢性能的电导滴定评价法

采用一种基于电导滴定原理的评价方法,通过测定电导滴定过程中不同阻垢剂在相同浓度下所能维持的BaSO4的最大相对过饱和度来评价阻垢性能。实验对阻垢剂聚环氧琥珀酸(PESA)、聚天冬氨酸(PASP)、二亚乙基三胺五亚甲基膦(DEPTMP)、六偏磷酯钠(SHMP)阻BaSO4垢的性能分别采用了电导滴定法及静态阻垢法进行测定并比较。电导滴定法对阻垢剂阻BaSO4垢性能的测试结果表明,阻垢剂PESA、PASP、DTPMP和SHMP对BaSO4垢的阻垢能力大小为:PESA>PASP>DEPTMP>SHMP,这与静态阻垢法的实验结果一致,表明电导滴定法与静态阻垢法对阻垢剂阻BaSO4垢的评价结果具有一致性,电导滴定法评价阻垢剂对BaSO4垢的阻垢性能具有快速、简单、易行的优点。而且实验表明,电导滴定法的RSD为0.020,而静态阻垢法为0.069,说明电导滴定法的重现性优于静态阻垢法。该法还可用于评价阻垢剂对BaSO4垢的协同阻垢效应。     

环保型阻垢剂对水垢的抑制及其相互作用模拟

为解决聚天冬氨酸(PASP)在高钙离子质量浓度下阻垢效果不佳及分散氧化铁效果差的问题,通过对中间体聚琥珀酰亚胺(PSI)开环改性将酪氨酸(Tyr)接枝到PASP的侧链,合成了具有羧基、氨基、酰胺基、酚羟基等多种功能性官能团的环保型阻垢剂——酪氨酸/聚天冬氨酸共聚物(Tyr-PASP)。 静态阻垢实验表明Tyr-PASP对水垢的抑制能力明显优于PASP。 当n(Tyr):n(PSI)=1:1时,Tyr-PASP对CaCO₃表现出最佳的抑制效果,且质量浓度为4 mg/L时阻垢效率达到了100%,在5 mg/L时,对CaSO₄的抑制效率也达到100%。 添加Tyr-PASP后,水垢晶形从稳定的方解石和文石变成了不稳定的球霰石,形貌也变得松散。 分子动力学模拟表明,Tyr-PASP和方解石之间的相互作用是放热的,并且远高于传统的吸附能,静电力在Tyr/PASP和方解石之间的结合中起主要作用。 此外,Tyr-PASP对氧化铁的分散效果显著提高。     

聚天冬氨酸与聚丙烯酸等复合药剂的协同性能研究

在碱性条件下,聚琥珀酰亚胺(Polysuccimide, PSI)发生开环反应,经洗涤干燥制得天冬氨酸聚合物(PASP),并用~1H NMR对其结构进行表征,采用静态阻垢、旋转挂片等方法考察其阻垢、缓蚀性能.通过正交试验讨论PASP与聚丙烯酸(PAA)、ZnSO_4、2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸(PBTCA)的协同性能与作用机理,结果表明:当PASP、PAA、ZnSO_4、PBTCA浓度分别为40、30、4、8 mg/L时,其阻碳酸钙垢率可达95.04%,缓蚀率可达90%,表现出优秀的协同增效性能.该复合药剂绿色、低磷、高效,具有较好的应用前景.     

衣康酸-天冬氨酸共聚物合成及其阻垢性能的研究

针对目前国内使用的阻垢剂存在难降解、易造成水体富营养化等问题,以衣康酸(IA)、天冬氨酸(ASP)为单体,过硫酸铵为引发剂,采用水溶液自由基聚合法合成了可生物降解的IA-ASP二元共聚物,并对产物结构进行红外表征。探讨单体配比、引发剂用量、聚合温度、反应时间对共聚物阻垢性能的影响,通过正交实验和单因素实验确定最佳合成条件。采用静态阻垢法考察阻垢剂用量、阻垢实验温度对阻碳酸钙垢性能的影响,并借助扫描电镜观察碳酸钙垢的晶体形貌,探讨其阻垢机理。结果表明:共聚单体的物质的量比(n_(IA)∶n_(ASP))为4∶1,引发剂用量为单体总质量的9%,反应温度85℃,反应时间2 h时,合成的IA-ASP共聚物对碳酸钙的阻垢率可达95%以上。IA-ASP共聚物作为阻垢剂适用于中低水温环境,其阻垢率随阻垢剂用量增加逐渐提高,最终趋于平缓。IA-ASP共聚物阻垢机理主要涉及螯合、分散作用及晶格畸变。     

聚天冬氨酸与木质素磺酸钠复配物对碳酸钙阻垢性能的研究

通过静态阻垢法研究了国产聚天冬氨酸(PASP)、木质素磺酸钠(SLS)添加量对碳酸钙的阻垢性能.结果表明:PASP在5.0mg/L时阻垢率接近100%,SLS达300mg/L以上时阻垢率趋于平缓,浓度为600mg/L时,其阻垢率仍不足70%.PASP与SLS复合配方及在不同影响因素条件下阻垢性能的研究表明:复合配方(PASP 2.0mg/L SLS 5.0mg/L)的阻垢率接近100%,且适用于高钙、高pH值、高温的水系统中,并可在水系统中长时间停留.     

窄分子量分布的聚丙烯酸的合成及其阻垢性能

以水为溶剂,采用可逆加成-断裂链转移自由基聚合(RAFT)方法,合成了分子量2400～9000的聚丙烯酸。GPC分析表明,所合成的聚丙烯酸具有很窄的分子量分布(多分散系数PDI约为1.2)。阻垢性能测定结果表明,用RAFT方法合成的聚丙烯酸比采用普通自由基聚合得到的商品聚丙烯酸阻垢剂具有更好的阻垢性能。如当分子量约为2400的聚丙烯酸的质量浓度分别为2和10mg/L时,其阻碳酸钙垢的阻垢率分别为83.8%和97.5%,而在相同质量浓度下商品聚丙烯酸阻垢剂的阻碳酸钙垢的阻垢率则仅分别为21.3%和42.9%。阻垢作用随温度升高(50～90℃)而降低的幅度也明显小于商品聚丙烯酸阻垢剂,80℃时二者的阻垢作用差别最大,而这正是一般冷却水达到的最高温度。在所研究的分子量范围内,所合成的聚丙烯酸分子量愈小则其阻垢性能愈好。     

羧酸聚合物对磷酸钙的阻垢作用和机理

采用静态阻垢法评定了膦酰基羧酸聚合物(POCA)、聚丙烯酸(PAA)、丙烯酸-丙烯酸羟丙酯共聚物(T-225)、水解聚马来酸酐(HPMA)等四种羧酸类聚合物阻垢剂对磷酸钙的阻垢性能, 发现在加药量为25 mg/L时几种聚合物对磷酸钙垢的阻垢率分别为100%, 94.6%, 36.2%和30.2%. 采用分子动力学(MD)方法, 模拟计算了四种聚合物与磷酸钙晶体的(110)晶面的相互作用结合能、非键作用能等参数. 结果表明: 聚羧酸与(110)晶面结合能以及非键作用能的大小排序为POCA＞T-225＞HPMA＞PAA, 结合能以及非键作用能越大, 说明聚合物与垢晶体的结合越紧密, 抑制性能越好; 因此它们对磷酸钙阻垢能力大小排序为POCA＞T-225＞HPMA＞PAA. 该理论计算与实验室静态阻垢评定结论一致. 通过对超分子对关联函数的分析, 发现POCA和T-225聚合物中羰基O原子与晶面上Ca^2＋之间形成了较弱的离子键, 但强度远比非键作用小, 非键作用主要由库仑作用和范德华作用力提供, 且库仑作用的贡献更大. 据此合成了马来酸酐-苯乙烯磺酸钠-丙烯酸羟丙酯(MA-SS-HPA)以及苯乙烯磺酸钠-丙烯酸羟丙酯-亚磷酸(MA-SS-H₃PO₃)共聚物, 加药量为18 mg/L时对磷酸钙垢的阻垢率分别为94.2%和100%, 性能优于POCA.     

磺化低聚壳聚糖的制备及其阻垢性能的研究

低聚壳聚糖和2,3-环氧丙磺酸钠开环接枝制得磺化低聚壳聚糖(SCS),其磺化度为0.77,用红外(FT-IR)光谱、核磁共振(1H NMR)氢谱进行了SCS产物结构表征。利用静态阻垢法对SCS阻硫酸钙和阻磷酸钙性能进行评价,当[Ca2+]为1900 mg/L,[SO42-]为4560 mg/L,SCS用量为32mg/L时,对硫酸钙的阻垢率能够达到88%;当[Ca2+]为100mg/L,[PO43-]为5 mg/L,SCS用量为16mg/L时,对磷酸钙的阻垢率可达到84%。研究表明磺化低聚壳聚糖是一种性能优异的绿色阻垢剂。     

聚天冬氨酸/4⁃(氨甲基)吡啶的制备及其阻垢缓蚀协同性能研究

以4-(氨甲基)吡啶(4-Aminopyridine)、马来酸酐、尿素等为原料,采用热缩聚的方法合成聚天冬氨酸/4-(氨甲基)吡啶接枝物(PASP/4-AMPY),并用核磁共振氢谱(~1H NMR)对其结构进行了表征;采用静态阻垢法和失重法分别测试合成产物的阻垢和缓蚀性能,利用正交试验的方法,讨论合成产物与PBTCA、ZnSO_4和PAA的协同浓度配比,结果表明,当PASP/4-AMPY、PAA、ZnSO_4、PBTCA四种单剂的浓度分别为20、20、4、4 mg/L时,其阻垢率可达87.99%,缓蚀率98.12%,表现出良好的协同增效作用.     

绿色阻垢剂聚天冬氨酸的研究进展

聚天冬氨酸是一种无毒、无磷、可生物降解的绿色环保型水处理剂,具有良好的阻垢性能.在简要回顾阻垢剂的发展历史以及聚天冬氨酸合成的基础上,综述了近几年聚天冬氨酸作为阻垢剂的研究进展.主要是通过在侧链上引入具有阻垢效果的功能基团,改性后的聚天冬氨酸具有更好的阻垢性能或其他性能.对这一领域的发展方向做了展望.     

聚醚型无磷共聚物的合成及其阻垢性能

以水为溶剂,丙烯酸(AA)和烯丙氧基聚醚羧酸钠(APEX)为单体,合成了一种新型的无磷聚醚共聚物(APEX/AA)。 通过红外光谱、热重分析及凝胶渗透色谱对聚合物进行了表征。 通过静态法评价了APEX/AA用量、溶液钙离子浓度、pH值、温度对APEX/AA阻磷酸钙垢率的影响。 结果表明,聚合物APEX/AA有良好的热稳定性（至350 ℃才明显失重）,相对分子质量分布可控(PDI=1.41~1.88)。 APEX/AA在用量6 mg/L时阻磷酸钙垢率达到100%,APEX/AA阻磷酸钙垢效果优于羟基亚乙基二膦酸、丙烯酸/丙烯酸羟丙酯、2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸等商业阻垢剂,适用于高钙（Ca2+浓度200~2000 mg/L）、高pH值（7.5~11.0）和高温（75~95 ℃）水质,是一种工业循环水系统中性能优良的阻磷酸钙垢无磷阻垢剂。     

膦酰基羧酸调聚物对硫酸钙的阻垢机理

静态阻垢法试验表明,膦酰基羧酸聚合物(POCA)对硫酸钙垢沉积具有优异的抑制作用,当加药量为5mg/L时阻垢率达到100%,投加POCA前后硫酸钙表观形貌的变化的扫描电镜分析证实,POCA对垢晶体具有强烈的扭曲畸变作用,随着加药浓度的提高,POCA对晶面的畸变作用增强.采用分子动力学(MD)模拟,计算了POCA与硫酸钙晶体的最主要生长面(020)和主要生长面(010)晶面的相互作用,对体系各种相互作用的分析表明,POCA在与硫酸钙晶体结合过程中其结合能远大于常规吸附能,使其容易占据晶体的活性生长点而使品格发生畸变 POCA对(020)晶面的作用比对(010)晶面的强 超分子体系的作用能主要由库仑作用提供.     

几种羧酸聚合物阻垢剂阻垢作用的匹配模型

实验室采用静态阻垢法评定了水解聚马来酸酐(HPMA)、聚丙烯酸(PAA)、丙烯酸-丙烯酸羟丙酯共聚物(T-225)、丙烯酸-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙基磺酸共聚物(AA-AMPS)以及膦酰基羧酸调聚物(POCA)对碳酸钙和硫酸钙的阻垢性能,发现对碳酸钙的阻垢作用依次为HPMA>PAA,T-225>POCA,AA-AMPS。对于CaSO4的阻垢,POCA和AA-AMPS在低浓度时就表现出良好的抑制作用,性能最好,其次是T-225,当加药量大于10mg/L后HPMA的性能与T-225相当,PAA的性能相对稍差。通过半经验PM3方法计算了这几种聚合物的构型及相关参数,发现聚合物中某些功能基团的空间距离与垢晶面阳离子间距相匹配,与垢晶面阳离子间距相匹配的功能基团数目的不同,显示出阻垢性能的差异。理论计算结果与实验结果一致。     

水溶性聚合物与硬石膏晶体相互作用的分子动力学模拟

用分子动力学(MD)方法, 模拟计算了6种水溶性聚合物阻垢剂{聚丙烯酸(PAA)、聚甲基丙烯酸(PMAA)、丙烯酸-丙烯酸甲酯共聚物[P(AA-co-MAE)]、丙烯酸-丙烯酸羟丙酯共聚物[P(AA-co-HPA)]、聚马来酸(HPMA)、丙烯酸-马来酸共聚物[P(AA-co-MA)]}与硬石膏晶体的相互作用. 结果发现, 聚合物与硬石膏晶体结合能的大小排序为P(AA-co-MA)＞HPMA＞P(AA-co-HPA)＞P(AA-co-MAE)＞PMAA＞PAA, 同种聚合物阻垢剂对硬石膏两晶面生长的抑制能力相差不大. 对体系各种相互作用以及对关联函数g(r)的分析表明, 体系结合能主要由库仑作用提供. 与硬石膏晶体结合的聚合物发生明显形变, 但形变能远小于体系的非键作用能. 聚合物中不同位置羧基的动力学行为差别很大, 链端羧基的运动翻转比链中部羧基剧烈得多, 因后者与硬石膏晶体的结合比前者牢固而能更有效地抑制垢晶体生长.