新型綠色多功能共聚物阻垢劑的合成與性能研究畢業(yè)論文-在線(xiàn)瀏覽
2024-08-05 01:27本頁(yè)面
【正文】 劑相比，對(duì)鈣的容忍度大幅度提高，適合超高硬度堿度的廢水處理[1]。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)的新型綠色阻垢劑，其具有良好的生物降解性和較高的足夠性能，被人們認(rèn)為是一類(lèi)真正的綠色阻垢劑[2]。其中聚合物阻垢劑具有優(yōu)越的阻垢性能、無(wú)害或低害、用量少等優(yōu)點(diǎn)，為高濃縮倍數(shù)的堿性水處理技術(shù)在工業(yè)上的實(shí)施提供了條件[3]。天然阻垢劑存在著穩(wěn)定性差且用量大的缺點(diǎn)，不能滿(mǎn)足日益嚴(yán)格的現(xiàn)代水處理工藝；人工合成阻垢劑具有優(yōu)越的阻垢性能、用量少等優(yōu)點(diǎn)，但人工合成阻垢劑品種較少、成本較高和不易降解等缺點(diǎn)。另外，工業(yè)廢水中的多樣性和復(fù)雜性，對(duì)阻垢劑亦有選擇性，因此對(duì)聚天冬氨酸進(jìn)行改性，開(kāi)發(fā)出適應(yīng)不同水質(zhì)改性聚天冬氨酸將是阻垢劑研究方向之一。 阻垢機(jī)理（1）絡(luò)合增溶：阻垢劑能與水中的鈣鎂離子形成穩(wěn)定的可溶性螯合物，從而提高了水中鈣鎂離子的允許濃度，相對(duì)來(lái)說(shuō)就增大了鈣鎂鹽的溶解度，抑制了垢的沉積[45]。加入阻垢劑后，若晶體吸附阻垢劑并摻雜在晶格的點(diǎn)陣中，就會(huì)使晶體發(fā)生畸變，或者使大晶體內(nèi)部的應(yīng)力增大，從而使晶體易于破裂，阻礙了沉積物的生長(zhǎng)[45]。聚羧酸鹽的鏈狀結(jié)構(gòu)可吸附多個(gè)相同電荷的微晶，它們之間的靜電斥力可阻止微晶相互碰撞，從而形成大晶體的形成。從而阻礙晶粒間及晶粒與金屬表面間的碰撞，減少了溶液中的晶核數(shù)，進(jìn)而抑制CaCO3沉淀的生成[45]。它天然于軟體和蝸牛類(lèi)動(dòng)物的殼中，是由天冬氨酸單體縮水而成的帶有羧酸側(cè)鏈的聚氨基酸，具有類(lèi)似蛋白質(zhì)的酰胺鍵結(jié)構(gòu)，可完全生物降解為對(duì)環(huán)境無(wú)害的產(chǎn)物，并具有無(wú)毒、無(wú)磷、無(wú)污染以及優(yōu)異的阻垢分散性能和良好的緩蝕性能，因而聚天冬氨酸被公認(rèn)為是水處理劑的更新?lián)Q代產(chǎn)品。 它是一種帶有羧基側(cè)鏈的氨基酸，由于聚天冬氨酸分子中含有大量的羧基（COOH）、羰基（NHCO）等極性基團(tuán)，具有很好的親水性和水溶性，此外，側(cè)鏈上的COOH在水溶液中很容易電離，形成羧基負(fù)離子(COO)，能與多種離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，使聚天冬氨酸在水溶液中具有很好的化學(xué)活性。聚天冬氨酸水凝膠在活性污泥中的生物降解速度為28d達(dá)到76％。這為安全使用聚天冬氨酸提供了依據(jù)[6]。反應(yīng)很容易進(jìn)行，但反應(yīng)不均勻；在溶劑中進(jìn)行反應(yīng)，可以降低反應(yīng)物黏度，使反應(yīng)均勻徹底，提高產(chǎn)率。此反應(yīng)過(guò)程較容易控制且重復(fù)性好，轉(zhuǎn)化率可達(dá)94%以上，且設(shè)備簡(jiǎn)單，是比較成熟的一條工藝路線(xiàn)，其缺點(diǎn)是天冬氨酸成本高，在實(shí)際應(yīng)用中缺乏競(jìng)爭(zhēng)。兩種方法相比，采用L天冬氨酸熱縮聚合成聚天冬氨酸工藝簡(jiǎn)單，而且反應(yīng)過(guò)程只生成少量水蒸氣，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。這種方法又可分為三種不同的合成方式，但三種方法均會(huì)采用揮發(fā)性和刺激性氣味較大的氨水作為原料，會(huì)造成浪費(fèi)和空氣污染。（4）馬來(lái)酸酐、氨和多元羧酸反應(yīng)法 利用馬來(lái)羧酸酐、氨和多元羧酸為原料，聚合生成聚琥珀酰亞胺共聚物，再經(jīng)堿溶液水解得到聚天冬氨酸共聚物。合成的聚天冬氨酸相對(duì)分子質(zhì)量控制在2000至4000，其阻垢性能優(yōu)異，%。在聚天冬氨酸的主鏈上加上某些基團(tuán)后可以改善其線(xiàn)性結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了其阻垢分散效果。將一定量的水、馬來(lái)酸酐、檸檬酸加入反應(yīng)器，55℃水浴攪拌45min，冷卻至室溫。用1:1鹽酸中和調(diào)pH值至中性，加入NaCl的甲醇溶液，攪拌得沉淀。合成最佳工業(yè)條件為：n（氨）：n（馬來(lái)酸酐）：（檸檬酸）=:1:(摩爾比)，熱聚溫度170℃，熱聚時(shí)間15min，合成的共聚物相對(duì)分子量為3500左右。 應(yīng)用 阻垢劑方面的應(yīng)用油田注入水應(yīng)達(dá)到水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)較高，注入水必須達(dá)到規(guī)定指標(biāo)，包括：水中雜質(zhì)含量、細(xì)菌含量、腐蝕速度、含鐵、含氧、含硫等。目前油田主要都使用含膦的有機(jī)阻垢劑，不能有效地抑制磷酸鈣垢和鋅垢以及解決氧化鐵沉淀問(wèn)題，且本身易形成有機(jī)膦酸垢。 分散劑方面的應(yīng)用聚天冬氨酸的分子中含有親水和疏水基團(tuán)，因此具有表面活性，可以降低表面張力，有助于水對(duì)固體的濕潤(rùn)。 緩蝕劑方面的應(yīng)用聚天冬氨酸能與鈣、鎂、銅、鐵等多種離子形成螯合物，附著在金屬容器表面阻止金屬腐蝕，是一種優(yōu)良的緩蝕劑，特別適用于防止采油管線(xiàn)中二氧化碳引起的腐蝕[8]。該吸水樹(shù)脂可完全生物降解，可用作土壤保濕劑，使在貧癮、干旱的土壤上取得豐收、沙漠變綠洲成為可能[9]。目前，聚合物降粘劑是鉆井液降粘劑的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。PASP不僅可以通過(guò)陰離子基團(tuán)分別吸附在粘土片帶正電荷的表面和帶負(fù)電荷的表面，而且NH+通過(guò)氫鍵吸附在粘土片的表面。 仿生材料方面的應(yīng)用首先合成具有不同側(cè)鏈的聚天冬氨酸或其衍生物，然后將帶有不同側(cè)鏈的聚天冬氨酸或其衍生物、殼聚糖、含鈣溶液在一定溫度和pH值下進(jìn)行混合、反應(yīng)、沉淀。該材料具有吸附重金屬和某些有機(jī)物的功能，可用于脫除重金屬、氯代烴、有機(jī)顏料、染料等,廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥工業(yè)、食品工程、印染工業(yè)、污水處理等領(lǐng)域[10]。聚天冬氨酸在餐具洗滌劑方面也有類(lèi)似洗衣劑的作用，會(huì)吸附在碗碟表面，抑制表面腐蝕發(fā)毛，產(chǎn)生更好的保潔
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