新型多元共聚物無(wú)磷阻垢劑的合成及阻垢性能評(píng)價(jià).pdf

1、在工業(yè)循環(huán)冷卻水中，結(jié)垢是普遍存在的困擾系統(tǒng)正常運(yùn)行的一大難題。投加阻垢劑是目前控制結(jié)垢最常用的方法之一。由水資源日趨緊張導(dǎo)致的工況條件的日益惡化給阻垢劑的發(fā)展帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。自20世紀(jì)60年代發(fā)展至今，水處理阻垢劑經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展過(guò)程，分別是天然阻垢劑、共聚物阻垢劑到環(huán)境友好型阻垢劑，在不同程度上，這些不同類(lèi)型的阻垢劑都表現(xiàn)出了一定的阻垢性能，但同時(shí)各自也都存在著不同的缺點(diǎn)。隨著人類(lèi)對(duì)環(huán)境重視程度的提高、水資源的保護(hù)和節(jié)約力度的加大，以

2、及環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格，低磷、無(wú)磷阻垢劑的開(kāi)發(fā)已成為國(guó)內(nèi)外水處理劑研制方面的熱點(diǎn)課題。
　　 羧基、酸酐、酰胺和磺酸基等活性基團(tuán)具有良好的阻垢性能，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)上的阻垢和緩蝕，例如晶體生長(zhǎng)改變劑、分散劑和清潔劑。如果在聚合物中引入上述活性基團(tuán)，預(yù)計(jì)阻垢率將大幅提升，有廣闊的應(yīng)用前景。因此，本文在此基礎(chǔ)上，采用自由基反應(yīng)，設(shè)計(jì)并合成了三種新型多元共聚物無(wú)磷阻垢劑，優(yōu)化了合成過(guò)程，并對(duì)聚合物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，同時(shí)研究了共聚物對(duì)碳酸

3、鈣和磷酸鈣的阻垢性能。
　　 (1)以衣康酸(IA)、對(duì)苯乙烯磺酸鈉(SSS)、馬來(lái)酸酐(MA)、α-甲基丙烯酸(MAA)為單體，過(guò)硫酸銨為引發(fā)劑，采用自由基聚合方法合成了衣康酸-對(duì)苯乙烯磺酸鈉-馬來(lái)酸酐-α-甲基丙烯酸(IA-SSS-MA-MAA)共聚物阻垢劑。考察了單體配比（物質(zhì)的量比）、引發(fā)劑用量、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度等因素對(duì)共聚物阻碳酸鈣垢效果的影響，確定了最佳合成條件為:IA∶SSS∶MA∶MAA為1∶0.25∶0.05

4、∶4，引發(fā)劑占總單體總質(zhì)量的10％，反應(yīng)時(shí)間為2h，反應(yīng)溫度為90℃。采用紅外光譜法(FT-IR)、紫外光譜法(UV)對(duì)共聚物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，使用烏氏粘度法測(cè)定了特性粘數(shù)，相對(duì)表示出了共聚物的分子量。靜態(tài)試驗(yàn)條件下評(píng)價(jià)了其對(duì)碳酸鈣的阻垢性能，探討了聚合物投加量、水浴時(shí)間、鈣離子濃度、溶液pH值、HCO3-濃度和溶液溫度對(duì)共聚物阻垢率的影響;利用孔雀綠分光光度法評(píng)價(jià)了其對(duì)磷酸鈣的阻垢性能，探討了聚合物投加量、水浴時(shí)間、鈣離子濃度、溶液p

5、H值、PO43-濃度和溶液溫度對(duì)共聚物阻垢率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:IA-SSS-MA-MAA聚合物具有優(yōu)良的阻垢性能，阻碳酸鈣垢率達(dá)到92.67％，阻磷酸鈣垢率可達(dá)60.52％，可適用于高溫、高硬度的循環(huán)冷卻水。
　　 (2)以衣康酸(IA)、對(duì)苯乙烯磺酸鈉(SSS)、馬來(lái)酸酐(MA)、丙烯酰胺(AM)為單體，過(guò)硫酸銨為引發(fā)劑，采用自由基聚合方法合成了衣康酸-對(duì)苯乙烯磺酸鈉-馬來(lái)酸酐-丙烯酰胺(IA-SSS-MA-AM)共聚物阻

6、垢劑?？疾炝藛误w配比(物質(zhì)的量比）、引發(fā)劑用量、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度等因素對(duì)共聚物阻碳酸鈣垢效果的影響，確定了最佳合成條件為:IA∶SSS∶MA∶AM=1∶0.25∶0.05∶4，引發(fā)劑占單體總質(zhì)量9％，反應(yīng)溫度為90℃，滴加時(shí)間為2h，滴加完畢后持續(xù)反應(yīng)1h。采用紅外光譜法(FT-IR)、紫外光譜法(UV)對(duì)共聚物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，使用烏氏粘度法測(cè)定了特性粘數(shù)，相對(duì)表示出了共聚物的分子量。利用靜態(tài)試驗(yàn)和孔雀綠分光光度法分別評(píng)價(jià)了其對(duì)碳酸

7、鈣和磷酸鈣的阻垢性能，探討了聚合物投加量、水浴時(shí)間、鈣離子濃度、溶液pH值和溶液溫度對(duì)共聚物阻垢率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:IA-SSS-MA-AM聚合物具有優(yōu)良的阻垢性能，阻碳酸鈣垢率達(dá)到96.67％，阻磷酸鈣垢率可達(dá)88.5％，可應(yīng)用于實(shí)際。
　　 (3)以馬來(lái)酸酐(MA)酯化β-環(huán)糊精(β-CD)，再與對(duì)苯乙烯磺酸鈉(SSS)單體，以過(guò)硫酸銨為引發(fā)劑，采用自由基聚合方法合成了β-環(huán)糊精-馬來(lái)酸酐-對(duì)苯乙烯磺酸鈉(β-CD-MA

8、-SSS)共聚物阻垢劑。通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)和單因素實(shí)驗(yàn)，考察了單體配比（物質(zhì)的量比）、引發(fā)劑用量、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度等因素對(duì)共聚物阻碳酸鈣垢效果的影響，確定了最佳合成條件為:β-CD∶MA∶SSS=1∶2.5∶5，引發(fā)劑占總單體總質(zhì)量的10％，反應(yīng)時(shí)間為12h，反應(yīng)溫度為90℃。采用紅外光譜法(FT-IR)和紫外光譜法(UV)。采用透射電子顯微鏡(TEM)分析了阻垢后形成的碳酸鈣形貌和機(jī)理。使用烏氏粘度法測(cè)定了特性粘數(shù)和共聚物的相對(duì)分子量。利