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聚天冬氨酸的合成及阻垢性能研究

作　者: 刘政艳
导　师: 田颖；孙咏红
学　校: 大连交通大学
专　业: 环境科学
关键词: 聚天冬氨酸 聚合 阻垢率
分类号: TQ085.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


本论文研究了聚天冬氨酸(PASP)的合成工艺。用红外光谱对合成产物进行了结构表征,并依据中华人民共和国化工行业标准HG/T 3822—2006《聚天冬氨酸(盐)》测定了产物PASP的物化性能,同时参照碳酸钙沉积法试验研究了PASP的静态阻垢性能和协同效应。以马来酸酐和碳酸铵为原料进行聚合反应,以PASP的质量收率和对碳酸钙的阻垢率为考察指标,通过单因素试验和正交试验得到优化的反应条件为：马来酸酐和碳酸铵摩尔配比1：1.2,聚合反应温度180℃,聚合反应时间1.5h,水解反应温度60℃,以此合成PASP产物收率可达到85%左右,对碳酸钙的平均阻垢率大于90%。对聚合产物进行红外光谱分析,PASP的特征基团均有出现。以极限粘数法测得聚合物的分子量在3000～6000之间。依据HG/T 3822—2006对聚合产物PASP的测定结果为：固含量33.35%,密度(20℃)1.19 g/cm3,极限黏数0.0595dL/g,pH值(10g/L水溶液)9.00,均在标准范围内。对PASP的静态阻垢性能研究结果为,当加药量为5mg/L时,PASP对水中碳酸钙的阻垢率接近95%,对硫酸钙的阻垢率在90%左右,对磷酸钙的阻垢率接近70%；在PASP加药量为7mg/L时,对硫酸钙的阻垢率大于95%,对磷酸钙的阻垢率接近90%。PASP的协同效应试验结果,聚天冬氨酸与二乙烯三胺五甲叉(DTPMP)、羟基乙叉二磷酸(HEDP)、2-膦酸基-1,2,4三羧基丁烷(PBTCA)复配具有较好的协同效应,其最佳配比为PASP:DTPMP=2:1, PASP:HEDP=1:1, PASP:PBTCA=2: 0.5。本文成功合成了环境友好的绿色阻垢剂聚天冬氨酸,聚合反应原料无毒、无害且易得,操作过程简单,能耗较小,适宜规模化生产。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 文献综述  10-23
  1.1 水资源现状及工业水处理技术发展概述  10-12
    1.1.1 世界水资源现状  10-11
    1.1.2 我国水资源现状  11
    1.1.3 工业水处理技术概述  11-12
  1.2 水处理技术发展趋向绿色化  12-14
    1.2.1 物理处理技术  13-14
    1.2.2 化学处理技术  14
  1.3 绿色阻垢剂发展概述  14-17
    1.3.1 天然高分子阻垢剂  15
    1.3.2 合成聚合物阻垢剂  15-16
    1.3.3 聚合物阻垢剂的阻垢机理  16-17
  1.4 聚天冬氨酸概述  17-22
    1.4.1 聚天冬氨酸的结构  17-18
    1.4.2 聚天冬氨酸的合成  18-20
    1.4.3 聚天冬氨酸的阻垢性能  20-21
    1.4.4 聚天冬氨酸在水处理中的应用  21-22
  1.5 课题意义及研究的主要内容  22-23
第二章 聚天冬氨酸的合成及产品测试方法  23-36
  2.1 研究背景和思路  23
  2.2 聚天冬氨酸的合成  23-25
    2.2.1 反应机理  23
    2.2.2 药品和仪器  23-24
    2.2.3 合成步骤  24-25
  2.3 聚合产物的结构表征  25
    2.3.1 红外光谱测定的原理  25
    2.3.2 测定方法  25
  2.4 产品收率计算  25
  2.5 产品纯度计算  25-26
  2.6 聚天冬氨酸分子量的测定  26-28
    2.6.1 试验仪器与试剂  26
    2.6.2 试验步骤  26-27
    2.6.3 分子量计算  27-28
  2.7 聚天冬氨酸阻垢性能的测定方法  28-36
    2.7.1 试验仪器与试剂  28-29
    2.7.2 碳酸钙阻垢率的测定  29-31
    2.7.3 硫酸钙阻垢率的测定  31-33
    2.7.4 磷酸钙阻垢率的测定  33-36
第三章 聚天冬氨酸合成工艺条件优化  36-49
  3.1 单因素试验  36-38
    3.1.1 原料摩尔配比的选择  36-37
    3.1.2 聚合温度的选择  37
    3.1.3 聚合时间的选择  37-38
    3.1.4 水解温度的选择  38
  3.2 正交试验  38-42
    3.2.1 正交试验设计及结果  38-40
    3.2.2 数据处理与分析  40-41
    3.2.3 最优合成工艺条件的确定  41-42
  3.4 聚合产物性能测定  42-48
    3.4.1 结构分析  42-43
    3.4.2 固含量  43-45
    3.4.3 密度  45-46
    3.4.4 极限黏数  46-47
    3.4.5 pH值  47-48
  本章小结  48-49
第四章 聚天冬氨酸阻垢性能研究  49-64
  4.1 对碳酸钙的阻垢性能  49-52
    4.1.1 投加量的影响  49-50
    4.1.2 Ca~(2+)浓度的影响  50-51
    4.1.3 HCO_3~-浓度的影响  51
    4.1.4 恒温时间的影响  51-52
  4.2 对硫酸钙的阻垢性能  52-56
    4.2.1 投加量的影响  52-53
    4.2.2 Ca~(2+)浓度的影响  53-54
    4.2.3 SO_4~(2-)浓度的影响  54-55
    4.2.4 恒温时间的影响  55-56
  4.3 对磷酸钙的阻垢性能  56-57
  4.4 聚天冬氨酸阻垢机理的探讨  57-58
  4.5 协同效应研究  58-63
    4.5.1 单一阻垢剂的阻垢性能  58-59
    4.5.2 复配后的阻垢性能  59-63
  本章小结  63-64
结论  64-65
参考文献  65-68
攻读硕士学位期间发表的学术论文  68-69
致谢  69

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