天冬氨酸-谷氨酸共聚物的合成及其阻垢性能研究.pdf

1、作為一種新型水處理劑，聚天冬氨酸(polyasparticacid，PASP)具有優(yōu)良的阻垢緩蝕性能，因其可生物降解性而備受青睞，成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。但是，在一些條件下，聚天冬氨酸的阻垢性能與某些含磷阻垢劑相比還存在一定的差距，很大程度上限制了它的推廣應(yīng)用。為了進(jìn)一步提高其性能，國(guó)外專家率先進(jìn)行了聚天冬氨酸的改性研究，而國(guó)內(nèi)的研究較少。針對(duì)這個(gè)問題，我們首次選擇谷氨酸為共聚單體，以L-天冬氨酸為原料，對(duì)聚天冬氨酸進(jìn)行了固相熱縮共聚改性

2、研究。本研究對(duì)聚天冬氨酸的開發(fā)和促進(jìn)新型環(huán)境友好水處理劑的發(fā)展具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。 利用IR光譜和1HNMR、13CNMR譜對(duì)天冬氨酸和谷氨酸的共聚產(chǎn)物進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析。結(jié)果表明，所得產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與聚天冬氨酸相似，同時(shí)表現(xiàn)出了共聚物的特征，所得產(chǎn)物為天冬氨酸/谷氨酸的共聚物(copolymerofasparticacidandglutamicacid，PAG)。 本研究綜合考慮聚合反應(yīng)中間產(chǎn)物——聚琥珀酰亞胺衍

3、生物(polysuccinimidederivative，PSID)的產(chǎn)率和PAG的分子量及阻垢性能3個(gè)方面，對(duì)反應(yīng)體系及聚合條件進(jìn)行優(yōu)化，確定谷氨酸/(天冬氨酸+谷氨酸)的化學(xué)計(jì)量數(shù)為0.1、催化劑Na2SO4、聚合溫度180℃，催化劑用量和聚合時(shí)間為：(1)催化劑化學(xué)計(jì)量數(shù)為0.035的條件下聚合100min，所得產(chǎn)物編號(hào)為PAG-Ⅰ，重均分子量為2167，對(duì)硫酸鈣的阻垢效果最好；(2)催化劑化學(xué)計(jì)量數(shù)為0.030的條件下聚合120

4、min，所得產(chǎn)物編號(hào)為PAG-Ⅱ，重均分子量為2972，對(duì)碳酸鈣的阻垢效果最好。研究了PAG的分子量對(duì)阻垢性能的影響，確定了最適的分子量范圍：分子量在1500-2500之間的共聚物對(duì)硫酸鈣的阻垢效果較好；而對(duì)碳酸鈣的最適分子量范圍在2500-4000之間。 分子量Mw=2972的天冬氨酸/谷氨酸共聚物(PAG)10d和28d的降解率分別為34％和79％，大于OECD301B標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的10％和60％，為易生物降解物質(zhì)；隨著谷氨

5、酸含量的增加和分子量的降低，PAG的可生物降解性增強(qiáng)，被生物降解利用的潛伏期縮短。水溶液中Cu2+的存在影響PAG的可生物降解性，隨著Cu2+濃度的增加，共聚物的生物降解性下降，Cu2+抑制了生物酶的活性，這種抑制作用是非線性的，存在“低劑量效應(yīng)”。通過與PAA、HPMA生物降解性的比較，認(rèn)為PAG具有較好的可生物降解性的原因在于其分子中存在較多的-COO-和C-N骨架，為微生物提供了較好的結(jié)合位點(diǎn)和生存環(huán)境。 以商品PASP

6、和含磷阻垢劑(EDTMPS、ATMP)作對(duì)比，分別研究了PAG-Ⅰ和PAG-Ⅱ?qū)α蛩徕}和碳酸鈣的阻垢性能。結(jié)果表明相同的水質(zhì)條件下，PAG-Ⅰ對(duì)硫酸鈣的阻垢效果與EDTMPS相當(dāng)，PAG-Ⅱ?qū)μ妓徕}的阻垢效果與ATMP相當(dāng)，二者均優(yōu)于商品PASP。PAG比商品PASP更適用于高Ca2+、高pH值、高溫和水力停留時(shí)間較長(zhǎng)的用水系統(tǒng)中。對(duì)于同時(shí)存在硫酸鈣和碳酸鈣結(jié)垢傾向的水質(zhì)條件，在總的投加量保持不變的情況下，將PAG-Ⅰ和PAG-Ⅱ按比例