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一种环境友好型阻垢缓蚀剂的合成及其性能研究

作　者: 陈琛
导　师: 杨红刚
学　校: 武汉理工大学
专　业: 环境工程
关键词: 聚天冬氨酸合成阻垢缓蚀生物降解
分类号: TQ085.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

循环冷却水的化学处理在工业上已有几十年的实践经验。随着工业的迅速发展,对水处理化学品提出了更高的要求。具有阻垢、缓蚀双重性能的新型水处理化学品一直是水处理化学品工作者的努力方向。随着社会的进步和人类环保意识的增强,阻垢缓蚀剂的开发与应用越来越重视环境保护的要求。只有那些没有污染或能很快被生物降解、价廉的高效环境友好型阻垢缓蚀剂,才是真正受人们欢迎的新型水处理化学品。聚天冬氨酸(PASP)属于聚氨基酸中的一类,从环境相容性考虑,可生物降解性使其成为特别有价值的水处理剂。利用后的聚天冬氨酸可有效、稳定地被微生物、真菌降解为对环境无害的最终产物。本文主要研究以马来酸酐和碳酸铵为原料,优化反应条件,进行了聚天冬氨酸(PASP)的合成,并对其阻垢缓蚀性能进行测试。在对其阻垢缓蚀机理的研究基础上,以聚天冬氨酸为主体,与其他药剂进行复配,并确定最佳配比,研制了一种基于聚天冬氨酸的环境友好型阻垢缓蚀剂,探讨影响药剂阻垢缓蚀性能的因素,最后对复配产品进行了初级生物降解性评价。得出以下结论：(1)合成聚天冬氨酸的最优合成工艺条件为：马来酸酐与碳酸铵(以NH2计)摩尔配比为1:1.2,催化剂用量为1.5mL,聚合反应温度为180℃,聚合反应时间为0.5h。实验的重复性较好,最佳工艺条件具有一定的普遍性,符合合成需要；(2)聚天冬氨酸具有良好的阻CaCO3垢和CaSO4垢性能,最佳投加浓度分别为6mg/L和2mg/L,可应用于高钙离子浓度的水系统,耐温性能较好,在高温水系统中长时间运行,仍有较好的阻垢性能；(3)通过TEM测定CaCO3和CaSO4的垢样晶型,结果表明聚天冬氨酸能破坏CaCO3和CaSO4的晶格结构,破坏晶格的正常生长规律,改变晶格的有序排列,使晶粒趋于细化,水垢变得松散,容易脱落；(4)设计了由聚天冬氨酸、葡萄糖酸钠、Zn2+组成的具有吸附、螯合、沉积作用的复合药剂配方。结果表明,聚天冬氨酸50mg/L、葡萄糖酸钠80mg/L, Zn2+2 mg/L组成的环境友好型阻垢缓蚀剂兼具阻垢、缓蚀的双重功效,阻垢率达到90.15%,缓蚀率达到85.47%；(5)采用振荡培养法评价复配产品的初级生物降解度。结果表明,聚天冬氨酸属于易生物降解的有机物,Zn2+的加入不会对聚天冬氨酸的生物降解产生抑制作用,反而能提高其初期的生物降解度。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-8
目录  8-11
第一章绪论  11-43
  1.1 概述  11
  1.2 绿色化学  11-14
    1.2.1 绿色化学的兴起  11-12
    1.2.2 绿色化学的定义  12-13
    1.2.3 产品的绿色化  13-14
  1.3 结垢与防垢  14-20
    1.3.1 结垢的成因  14-15
    1.3.2 垢的种类及其性质  15-16
    1.3.3 结垢的危害  16-18
    1.3.4 防治措施  18-20
  1.4 阻垢剂  20-30
    1.4.1 阻垢剂的发展动态  20
    1.4.2 阻垢剂的作用机理  20-21
    1.4.3 阻垢剂的种类及性能特点  21-30
  1.5 聚天冬氨酸的应用  30-31
  1.6 腐蚀与防腐  31-36
    1.6.1 金属腐蚀的形式及其原因  31-34
    1.6.2 腐蚀的危害  34
    1.6.3 防治措施  34-36
  1.7 缓蚀剂  36-41
    1.7.1 缓蚀剂的发展动态  36-37
    1.7.2 缓蚀剂的作用机理  37-38
    1.7.3 缓蚀剂的种类及性能特点  38-41
  1.8 本课题的研究内容及意义  41-43
    1.8.1 研究意义  41
    1.8.2 研究内容  41-42
    1.8.3 研究技术路线  42-43
第二章聚天冬氨酸的合成及性能检测原理  43-51
  2.1 聚天冬氨酸的合成  43-47
    2.1.1 直接合成工艺  43-45
    2.1.2 间接合成工艺  45-46
    2.1.3 产物的后处理  46-47
    2.1.4 本实验采用的合成方法  47
  2.2 聚天冬氨酸的特性及性能检测原理  47-51
    2.2.1 合成产物的表征  47-48
    2.2.2 阻垢性能  48
    2.2.3 缓蚀性能  48
    2.2.4 垢样晶型分析  48-49
    2.2.5 碳钢表面成膜分析  49
    2.2.6 生物降解性评价  49-51
第三章实验方法与步骤  51-60
  3.1 聚天冬氨酸的合成  51
    3.1.1 实验药剂  51
    3.1.2 实验仪器与装置  51
    3.1.3 合成方法与步骤  51
  3.2 聚合反应转化率的测定  51-52
  3.3 产物粘均分子量的测定  52
  3.4 合成产物的红外光谱测定  52
  3.5 阻垢性能的测定  52-54
    3.5.1 实验药剂  52-53
    3.5.2 实验仪器  53
    3.5.3 实验步骤  53-54
  3.6 缓蚀性能的测定  54-56
    3.6.1 实验药剂  54
    3.6.2 实验仪器  54
    3.6.3 实验方法与步骤  54-56
  3.7 垢样晶型分析方法  56
    3.7.1 垢样的制备  56
    3.7.2 透射电镜分析(TEM)  56
  3.8 碳钢表面成膜分析方法  56-57
    3.8.1 碳钢试片的制备  56-57
    3.8.2 扫描电子显微镜(SEM)的测量  57
  3.9 生物降解性评价方法  57-60
    3.9.1 聚天冬氨酸浓度的测定  57-58
    3.9.2 接种物的准备  58
    3.9.3 基础培养基的制备  58
    3.9.4 实验方法  58-60
第四章合成条件的优选  60-69
  4.1 正交设计实验  60
  4.2 正交实验水平因素的选择  60-61
  4.3 正交实验方案设计与结果  61-65
  4.4 最优合成工艺条件的确定  65-67
  4.5 合成产物的红外光谱及粘均分子量测定  67-68
  4.6 本章小结  68-69
第五章聚天冬氨酸静态阻垢性能研究  69-85
  5.1 聚天冬氨酸阻碳酸钙垢性能研究  69-76
    5.1.1 碳酸钙垢的危害  69
    5.1.2 Ca~(2+)浓度对阻垢性能的影响  69-70
    5.1.3 碱度对阻垢性能的影响  70-71
    5.1.4 温度对阻垢性能的影响  71-72
    5.1.5 恒温时间对阻垢性能的影响  72-73
    5.1.6 聚天冬氨酸对CaCO_3结晶过程的影响  73-76
  5.2 聚天冬氨酸阻硫酸钙垢性能研究  76-83
    5.2.1 硫酸钙垢的危害  76
    5.2.2 Ca~(2+)浓度对阻垢性能的影响  76-77
    5.2.3 碱度对阻垢性能的影响  77-78
    5.2.4 温度对阻垢性能的影响  78-79
    5.2.5 恒温时间对阻垢性能的影响  79-80
    5.2.6 聚天冬氨酸对CaSO_4结晶过程的影响  80-83
  5.3 本章小结  83-85
第六章聚天冬氨酸及其复配物的缓蚀协同性能研究  85-93
  6.1 概述  85
  6.2 聚天冬氨酸缓蚀协同配方设计  85-86
  6.3 聚天冬氨酸缓蚀协同配方优化  86-89
    6.3.1 静态挂片法优化配方  86-87
    6.3.2 旋转挂片法优化配方  87-89
  6.4 预膜效果的评定  89-91
  6.5 本章小结  91-93
第七章聚天冬氨酸及其复配物的生物降解性能研究  93-98
  7.1 概述  93
  7.2 聚天冬氨酸的紫外光谱图  93-94
  7.3 聚天冬氨酸标准曲线的绘制  94-95
  7.4 实验结果与讨论  95-97
  7.5 本章小结  97-98
第八章结论  98-100
参考文献  100-105
致谢  105-106
附录  106

一种环境友好型阻垢缓蚀剂的合成及其性能研究

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