绿色阻垢剂聚天冬氨酸的微波法合成及性能研究

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聚天冬氨酸(PASP)是近年来国内渐渐兴起的一种化工产品,其最大特点是无毒。聚天冬氨酸进入环境中完全能生物降解,不破坏生态环境,是公认的绿色聚合物和水处理剂的更新换代产品。研究了微波法制备绿色阻垢剂聚天冬氨酸,并对合成反应的影响因素进行了研究,表征了合成的产品,对其阻垢性能进行了研究。以马来酸酐和氨水为原料,在一定的微波辐射强度下进行缩合得到聚琥珀酰亚胺(PSI),然后在NaOH水溶液作用下水解成聚天冬氨酸。整个过程避免了气体氨的使用,优化了合成工艺。对合成条件和水解条件进行了单因素的研究。利用正交实验方法得到最佳合成工艺条件为:原料摩尔比氨/马来酸酐为1.2,微波辐射功率为900W,微波辐射时间为12min。实验的单程平均转化率达到71.7%;最佳水解条件为:水解温度为60℃,水解时间为60min,NaOH的浓度为10mol/L,单程水解率达到51.2%,相对分子质量为3500左右。对上述条件合成的产品进行了红外光谱表征和热重性能分析。红外光谱的特征峰表明所合成的产品中含有酰胺基、羧酸基团,与相关文献进行了比较,表明合成的产物为聚天冬氨酸。热重分析表明聚天冬氨酸热稳定性好,是一种可应用于高温400℃以下的水处理系统的阻垢剂。研究了聚天冬氨酸的阻垢性能。结果表明聚天冬氨酸具有良好的阻垢性能,阻垢剂聚天冬氨酸的浓度在60mg/L即可达到良好的阻垢性能,聚天冬氨酸的分子中含有-COOH和-NHCO-两种官能团,-COOH是阻CaCO3晶体粒子的表面电荷密度,增加了粒子间的相互排斥,从而降低了CaCO3结晶速度,使其悬浮在水中无法沉淀下来,从而增加了聚天冬氨酸对CaCO3的阻垢效果;同时也对CaSO4、BaSO4的阻垢性能进行了研究:PASP对CaSO4、BaSO4两种溶液的阻垢性能区别有限。在聚天冬氨酸的阻垢实验中,通过阻垢剂的加入,研究了混合溶液中电导率的变化。分析了PASP阻垢效果的影响因素,并对聚天冬氨酸阻CaCO3垢后形成微量沉淀进行了XRD谱图分析,从CaCO3晶体结构和晶体外貌进行分析,研究了聚天冬氨酸抑制CaCO3结垢机理。
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