聚天冬氨酸功能材料的研制及其緩蝕阻垢性能研究.pdf

1、本論文旨在開發(fā)系列聚天冬氨酸功能材料，使其性能更優(yōu)越，性質(zhì)更穩(wěn)定。研究多種形式的此類環(huán)境友好型功能材料，為我國聚天冬氨酸功能材料的國產(chǎn)化提供理論依據(jù)，為社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。本文較深入地研究了系列聚天冬氨酸功能材料的合成以及它們?cè)谒幚硇袠I(yè)中用作碳酸鈣結(jié)晶過程抑制劑以及金屬腐蝕過程抑制劑的效果，并對(duì)其抑制機(jī)理進(jìn)行了一定的分析。研究的主要內(nèi)容可以歸納為以下幾點(diǎn)：
　　(1)聚天冬氨酸的合成及其最優(yōu)生產(chǎn)條件的確定。通過正交試驗(yàn)分別

2、考察了聚天冬氨酸的阻垢緩蝕效果。通過綜合平衡法得到同步緩蝕阻垢聚天冬氨酸的合成方案。并通過二次優(yōu)選實(shí)驗(yàn)對(duì)該方案進(jìn)行了驗(yàn)證。最終得到聚天冬氨酸的最優(yōu)生產(chǎn)條件為：酐氨物料比摩爾為1:1.2，聚合溫度為180℃，聚合時(shí)間為1.0h，堿解溫度為40℃，堿解時(shí)間為90min。在堿解過程中，用4MNaOH控制溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15％，即可以得到阻垢率為96.5%的PASP。
　　(2)聚天冬氨酸復(fù)合緩蝕阻垢劑的研制及性能研究
　　綜合考慮

3、模擬水的水質(zhì)條件，針對(duì)A3碳鋼的化學(xué)成分及緩蝕性能要求，以更大程度上發(fā)揮復(fù)合水處理化學(xué)品的緩蝕及阻垢效能為出發(fā)點(diǎn)，研制出以聚天冬氨酸為主劑的綠色緩蝕阻垢復(fù)合配方。該配方的組分為：聚天冬氨酸、D-葡萄糖酸鈉、鉬酸鈉、硫酸鋅及單寧。
　　采用碳酸鈣沉積法，分別考察了聚天冬氨酸復(fù)合材料單一組分、二元配方及三元配方的阻垢性能，結(jié)果顯示，質(zhì)量配比為PASP：D-SG：TA=2:1:2的配方對(duì)水質(zhì)變化的適應(yīng)能力最好；維持三組分質(zhì)量比一定，當(dāng)阻

4、垢劑的加量達(dá)到PASP：20mg/L，葡萄糖酸鈉：10 mg/L，單寧酸：20 mg/L時(shí)，阻垢率達(dá)到了95.7%，但增大復(fù)配阻垢劑的濃度時(shí)，阻垢率基本不再變化。說明該三元復(fù)合水處理劑具有低劑量效應(yīng)。
　　在研究緩蝕劑之間及阻垢劑之間的協(xié)同效應(yīng)的基礎(chǔ)上，通過復(fù)合配方優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，考察了復(fù)合水處理劑之間的協(xié)同效應(yīng)。結(jié)果顯示，復(fù)合水處理配方中的緩蝕與阻垢組分之間存在一定的協(xié)同效應(yīng)。五元復(fù)合配方的腐蝕速率最低可達(dá)0.1083mm/a，緩蝕率

5、為86.5%，阻垢率為94.2%。此時(shí)，藥劑總量為：118mg/L。
　　(3)接枝改性聚天冬氨酸功能材料PASP-EAA的研制及其性能研究
　　利用β-二羰基化合物做親核試劑，選擇開環(huán)法合成接枝改性聚天冬氨酸功能材料。采用正交試驗(yàn)對(duì)接枝改性材料的合成條件進(jìn)行了兩次優(yōu)化。得到了該材料合成的優(yōu)方案為酐氨比1:1.4，聚合溫度180℃，聚合時(shí)間1h，PASI:EAA的摩爾比1:1.0，EAA與醇鈉的作用時(shí)間40min，反應(yīng)時(shí)間2

6、4h。在這個(gè)條件下，產(chǎn)品的阻垢率為80.1%，腐蝕率為0.082170mm/a。對(duì)聚天冬氨酸功能材料性能的對(duì)比表明，聚天冬氨酸功能材料對(duì)碳酸鈣垢的抑制情況較好。
　　對(duì)聚天冬氨酸功能材料的性能進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明，該材料對(duì)碳酸鈣垢的抑制情況較好。通過物理改性及化學(xué)改性均可提高PASP的緩蝕性能。
　　(4)聚天冬氨酸功能材料對(duì)碳酸鈣垢抑制機(jī)理的分析
　　探討了該功能材料對(duì)碳酸鈣晶體生長(zhǎng)過程的抑制原理。研究的主要內(nèi)容可以

7、歸納為以下幾點(diǎn)：
　?、俨捎脪呙桦娮语@微鏡技術(shù)對(duì)成垢的碳酸鈣垢樣進(jìn)行了分析。通過對(duì)比碳酸鈣結(jié)晶過程中是否存在聚天冬氨酸功能材料的電鏡照片，可以發(fā)現(xiàn)，沒有該材料時(shí)產(chǎn)生的CaCO3晶體大部分以方解石和針狀的文石形態(tài)存在，有較為清晰的幾何結(jié)構(gòu)，形狀規(guī)整，晶胞堆積緊密，排列規(guī)則；加入該材料后，碳酸鈣晶體嚴(yán)重變形，形狀不規(guī)整，邊緣圓滑無棱角，且結(jié)構(gòu)松散。其中，聚天冬氨酸復(fù)合材料主要是通過物理吸附，降低了固液界面附近的過飽和度，使碳酸鈣晶核穩(wěn)

8、定地分散在介質(zhì)中，形成微小的球霰石晶型。PASP及PASP-EAA主要依靠化學(xué)吸附，引起碳酸鈣生長(zhǎng)過程中產(chǎn)生晶格缺陷。
　?、诓捎?D Builder成像技術(shù)模擬了PASP功能材料存在下碳酸鈣垢樣的三維視圖。結(jié)果顯示，團(tuán)聚部分及球形顆粒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)極為松散、不規(guī)則，表面凹凸不平且存在若干晶體的孔眼。這說明碳酸鈣的晶格已經(jīng)被加入的抑制劑瓦解。
　　③采用XRD粉末衍射技術(shù)對(duì)成垢的碳酸鈣垢樣做了分析。結(jié)果表明：加入聚天冬氨酸功能材

9、料后，碳酸鈣的X射線衍射圖發(fā)生改變，方解石特征峰的強(qiáng)度明顯降低，同時(shí)出現(xiàn)球霰石晶型的衍射峰。且三種類型的聚天冬氨酸功能材料都是很好的碳酸鈣結(jié)晶抑制劑。
　　(5)聚天冬氨酸功能材料在A3碳鋼表面的緩蝕機(jī)理分析
　　通過對(duì)比未添加緩蝕劑的空白實(shí)驗(yàn)與添加不同聚天冬氨酸功能材料的碳鋼掛片的表面形貌可以看出，在介質(zhì)中添加了聚天冬氨酸功能材料后，金屬表面形成了一層保護(hù)層，在一定程度上抑制了金屬的腐蝕過程。
　　對(duì)腐蝕掛片清洗前后