聚天冬氨酸在高温、高碱下阻垢性能的初步研究.docx

摘要 2Abstract 3第一章文献综述 41.1 绿色阻垢剂概述 41.1.1选题及研究背景 41.1.2国内外高温、高碱下的阻垢剂研究现状 41.1.3目的和意义 51.2 垢的形成及阻垢机理 61.2.1垢的形成机理 61.2.2阻垢机理 61.3 聚天冬氨酸的结构与性能 7131聚天冬氨酸的结构 71.3.2 聚天冬氨酸的合成方法 81.3.3聚天冬氨酸的性能 111.3.4 聚天冬氨酸的应用 121.4 2■麟酸基丁烷・1,2,4•三竣酸的结构、性能及应用 12第二章 聚天冬氨酸和2■麟酸基丁烷・1,2,4•三竣酸在高温高碱下的阻垢性能 142.1概述 142.2主要试剂和设备 142.2.1 主要试剂 14222试验设备 142.3 实验部分 152.3.1聚天冬氨酸的合成 152.3.2聚天冬氨酸的红外光谱测定 152.3.3恒温水浴和油浴温差的校对 152.3.4阻垢率的测定 162.4实验结果与讨论 162.4.1样品的红外光谱分析 162.4.2阻垢剂浓度对阻垢率的影响 172.4.3溶液PH对阻垢率的影响 182.4.4温度对阻垢率的影响 192.4.5阻垢剂复配对阻垢率的影响 192.4.6阻垢机理分析 202.5 实验小结 20第三章结论 22致谢 23参考文献 24聚天冬氨酸(PolyasparticAcid,简称PASP)具有合成工艺简单、无毒、可 牛物降解和阻垢性能优界等优点，应用广泛。

本文采用无催化剂的L•天冬氨酸缩 聚反应合成了聚天冬氨酸，并对比研究了合成的PASP和2T憐酸基丁烷-1,2, 4- 三拨酸(2・Phosphonobutane・ 1,2,4・tiicarboxylic acid,简称PBTCA)在高温高碱下 的阻垢性能研究表明，在低投加量的条件下，PASP和PBTCA均具有优良的阻 垢性能，尤其是在pH为10.5、温度为85C, PASP和PBTCA的浓度为7.6mg/L的苛 刻条件下，它们的阻垢率分别达到较高的55%、70%,即对C『+结垢有较强的抑 制作用本研究表明，PASP和PBTCA都有潜力应用于高温高碱的冷却水系统关键词：聚天冬氨酸；2-瞬酸基丁烷-1,2, 4-三竣酸；阻垢性能；高温高碱AbstractPolyaspartic acid(PASP) has advantages of simple synthesis process, nontoxic, biodegradable and excellent scale performance and is widely used. PASP was synthesized by L・aspartic acid without catalyst in this paper. Scale performance of PASP and 2-Phosphonobutanc-1,2,4-tricarboxylic acid(PBTCA) under high-tcmpcra- turc and high-alkali conditions were comparcly studied. It is concluded that both PASP and PBTCA have excellent performance scale with low dosage amount. Particularly under the harsh conditions with pH value of 10.5, temperature of 85C and scale inhibitors concentration of 7.6 mg/L, ratio of scale preventing of PASP and PBTCA rcachs 55% and 70%, respectively. Namely, the two scale inhibitors have a strong inhibitory effect to Ca2*. This study shows that the PASP and PBTCA have the potential as scale inhibitor of water cooling system under high-temperature and high-alkali conditions.Key words: Polyaspartic Acid; 2-Phosphonobutane-1,2,4-tricarboxylic acid; scale inhibitors behavior; high-temperature and high-alkali1.1聚天冬氨酸概述1.1.1选题及研究背景随着国内外工业牛产迅速发展，工业用水H益增多，特别是用于水冷系统， 其用水量约占工业用水量80%以上，同吋不同国家和地区的环保法规日趋严格, 这就促使水处理技术得以迅速发展。

FI前，国内外广泛研究的重点之一是共聚物 阻垢剂，包括二元、三元、多元共聚物，阻垢剂类型主要为内烯酸型、马来酸(阳 型等虽然这类共聚物阻垢剂的阻垢性能姣好，而口有的阻垢剂是无毒的，但是 却不可生物降解为对环境无害的终产物H前，国内外广泛研究阻垢剂主要类型共聚物阻垢剂的优点是在低温下的阻 垢性能较好，缺点是高温、高碱下的阻垢性能较差，且不可牛物降解为对环境无 害的产物含磺酸基的聚合物具有许多独特性能，也是国内外阻垢分散剂开发研 究的热点近几年，国外的研究者对现有的阻垢剂的不可牛物降解为对环境无害 的终产物这一缺憾，另辟思路研究开发了新型阻垢剂——聚天冬 (Polyasparticacid,简称 PASP)制备PASP的原料天冬氨酸可从自然界提取，因此制备过程是清洁、绿色的 作为新型阻垢剂，对环境没有毒性，可完全牛物降解成对环境无害的终产物而 且对碳酸钙、磷酸钙、硫酸钙、硫酸领等阻垢性能优异另外，聚天冬氨酸也可 作为缓蚀剂用于解决油田中CCh的腐蚀问题，并在海水淡化、制备纯水等方而 亦具有良好的应用前景国外已对聚天冬氨酸的合成、结构、性能等方面作了一 定的研究工作PASP是近年来受海洋动物代谢过程启发而研制成功的--种“绿色环保”型 水处理剂。

Wheeler等人⑹在对碳酸钙有机体的研究中发现：从渗入牡蝠壳的蛋 白母体得到的糖蛋白具有阻止无机或牛物碳酸钙沉积的作用，是-•种潜在的阻垢 剂，而不是像过去人们认为的那样，是碳酸钙成核和晶体牛长的促进剂进一步 的研究表明，在氨基酸聚合物中，聚天冬氨酸的阻垢性能最好，并具有菲常好的 牛物相容tt(Cbiocompatibility)和牛物降解性，是公认的“绿色聚合物”和水处理 剂的更新换代产站1.1.2国内外高温、高碱下的阻垢剂研究现状国外20世纪90年代就开始了无磷的绿色缓蚀阻垢剂聚天冬氨酸和聚环氧珀 酸的开发，表明绿色阻垢剂已成为水处理药剂发展的方向1996年Rohm Hass 公司和Donlar公司开了两个高效工艺以生产聚天冬氨酸，它是-•种代替内烯酸 的可牛物降解产品H前国内己对PASP的合成、应用方面做了大量研究，国家 经济贸易委员会将PASP和PESA作为水处理剂的重点开发产品，并积极鼓励研 究新的合成工艺和应用技术的推广同济大学污染控制与资源化研究国家重点实 验室最近几年对于上述两类可牛物降解聚合物的合成与反应做了人量研究工作， 并取得了非常理想和成果聚天冬氨酸话具有一般水溶性竣酸的性质外，还具有其他许多聚合物无法比拟的优良特性。

聚天冬氨酸最大特点是可牛物降解、无毒、不破坏牛态环境，可 完全降解为对环境无害的终产物2現经实验证实聚天冬氨酸28天的降解率可达 到到76%,而且没有毒性，可替代许多对环境有害的化学品，被人们誉为“绿色" 产品，在工业、农业、医药等方面都具有非常广泛的用途由于近年来人们对环 保问题日益关注，聚天冬氨酸的优异品质逐渐受到世界上各大化学公司的关注， 其中以美国、德国以及口本等国的化学公司对聚天门冬氨酸的研究最为活跃，美 国Donlar公司和德国Bayer公司等都有工业装置投入牛产随着全球环保意识 的不断加强，人类回归自然、保护牛态平衡的愿望愈来愈强烈，聚天冬氨酸有着 不可估量的前景在较高温度和较高pH下具有较好阻垢性能阻垢剂的开发也有涉及，但主要 限于聚天冬氨酸（PASP）、聚天冬氨酸钠盐及其复配阻垢剂聚天冬氨酸是一种 无磷、可牛物降解的多功能“绿色环保型”阻垢剂，适用于抑制冷却水、锅炉水 和反渗透膜处理中的CaCCh、CaSO4-2H2O> BaSO4和SrSO4等引起的成垢霍 宇凝等［4J2J4］研究了不同因索对聚天冬氨酸抑制碳酸钙垢性能的影响后发现，分 子量为4000的聚天冬氨酸阻垢性能优良，可用于高［Ca2+］.高温和pH较高的 水系统。

温度从40C增加到80C后阻垢率下降幅度较小，说明温度对阻垢率影 响不大［Ca2+］^J 300mg/L（以 CaCC）3 计）、pH=10.5、阻垢剂投加量 4mg/L、80C 水浴中恒温16h吋，其阻垢率仍达到90%以上药剂浓度和同时，阻垢率随pH 升高而下降的趋势变缓，当pH由9.5增加到10.5吋，pH变化很小这说明聚 天冬氨酸可用于pH较高的水系统中张玉玲等【9］对比研究后发现，聚天冬氨酸 的阻垢性能优于聚内烯酸（PAA）,且更适合高温、高pH、高［Ca2+］和水力停留 时间较长的水处理系统1.1.3 目的和意义水处理化学品及相关技术在国民经济可持续发展战略中所起到的积极作用 己得到全社会的认可，但水处理化学品对环境的污染问题却-•直未受到人们的重 视环保推动水处理领域的技术革命从保护环境和可持续发展的要求出发，“绿 色化”，无疑是21世纪水处理剂发展的趋势绿色水处理剂的研发对于工业行业节水及环境保护都有重要意义积极开发 适合国情的绿色水处理剂不仅有积极的环境意义，也有重要的经济价值聚天冬氨酸是H前国际公认的绿色聚合物许多研究表明⑹习，-•般和较 高的温度条件下，它有着良好的阻垢性能、热稳定性、缓腐蚀性、抗氧化性等。

较高pH下高性能阻垢剂的开发研究者已有涉及但遗憾的是迄今还没有见到同 吋研究聚天冬氨酸在高温高碱下阻垢性能的报道故木文在前人的研究基础上对 PASP在高温、高碱下的性能进行了测试，并II用本课题组曾经筛选过的-•种阻 垢剂 2■•騰酸基丁烷・1, 2, 4-三竣酸（2-Phosphonobutanc-1,2,4- tricarboxylic acid, 简称PBTCA）作对比实验，以期找出一种同时在高温、高碱下仍然保持优杲阻 垢性能的阻垢剂1.2 垢的形成及阻垢机理121垢的形成机理长期以来，对水垢的形成与预防进行了大量的研究对水垢的化学组成分析 表明，水垢主要是难溶盐组成，其中乂以难溶的钙盐为主，碳酸钙是难溶盐小存 在最广泛的水垢磷酸根在自然水体中的含量很低，因此 除非向水中投加过量 的磷酸盐，否则磷酸盐水垢将较少出现此外能形成垢的难溶盐还有硫酸鈣、硫 酸顿等，但在大多数的上业循环冷却水系统中，后两类水垢较少碳酸钙的存在形式可以是无定型碳酸钙、六水合碳酸钙、一水合碳酸钙、六 方碳钙石、文石和方解石后三种晶型属于同质异和方解石属三方晶系，是热 力学最稳定的碳酸鈣晶型，也是各种碳酸鈣晶型在溶液中转变的终态产物。

对碳酸鈣的形成过程研究较为深入结晶学理论指出，碳酸钙晶体牛长的原 动力是溶液的过饱和度过饱和的溶液处于一种亚稳状态，有形成晶体使自己的 总的吉布斯自山能降低的趋势当最初形成的晶核的半径超过临界晶核半径时， 体系总。