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新型绿色阻垢剂ESA-HAPS共聚物合成工艺及性能

作　者: 宋娜
导　师: 刘进荣
学　校: 内蒙古工业大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 环氧琥珀酸-3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙烷磺酸钠 合成 阻垢分散
分类号: TQ085.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


聚环氧琥珀酸（PESA）是一种不含氮磷，可生物降解且具有优良阻碳酸钙垢性能的新型阻垢剂，但其阻磷酸钙垢、硫酸钙垢、稳定锌盐及分散氧化铁性能较差。磺酸基团和羟基基团分散性能好，可有效弥补以上不足。本实验将环氧琥珀酸氢钠（ESA）与同时含有羟基和磺酸基团的水处理剂单体3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙烷磺酸钠（HAPS）共聚，生成新型绿色阻垢剂，用以改善PESA的多元阻垢性能。本实验先在醇水溶液中合成ESA，再用两步法共聚得到新型阻垢剂ESA-HAPS。采用红外光谱、核磁共振对产物进行了结构表征；测定ESA熔点为150℃；采用粘度法测得共聚物特性粘度为0.7264dL/g，粘均分子量为3115.56；采用直接干燥法测得其固含量为40.21%。通过单因素和正交实验得出，ESA适宜合成条件为：环化时间2.5h，温度65℃，反应液pH为3.5，钨酸钠用量为4%。在此较佳工艺条件下，ESA的收率达94.1%。以共聚物对磷酸钙垢和碳酸钙垢的阻垢性能为评定指标，由单因素和正交实验得出ESA-HAPS适宜合成条件为：单体配比3:1，过硫酸钾用量6%，共聚温度85℃，共聚时间3.5h。在此工艺条件下制备的ESA-HAPS对磷酸钙和碳酸钙的阻垢率分别达73%和70%。通过静态实验，对比考察了不同投加量下共聚物ESA-HAPS、ESA/HAPS的复配物及市售PESA的阻垢分散性能。实验结果表明，随着加药量的增加，阻垢率先增大后趋向平缓。其中ESA-HAPS对碳酸钙垢、磷酸钙垢和硫酸钙垢的阻垢率分别达83%、80%和95%，稳锌率可达45%。与PESA对碳酸钙阻垢性能相差不大，优于ESA/HAPS；对磷酸钙和硫酸钙垢的抑制性能、锌盐的稳定能力及氧化铁的分散能力都较ESA/HAPS、 PESA有明显改善，表明改性获得了良好效果。阻垢效果影响实验表明，ESA-HAPS对水质变化的适应性较强，在高钙、高温和高pH水质中，阻垢性及稳定性较好。对呼和浩特市某电厂水质进行分析，在该水质下进行的静态协同性能实验结果表明，ESA-HAPS与PAA在质量配比为2:1时对阻碳酸钙垢和磷酸钙垢有协同作用，阻垢率可分别达92.8%和90%以上，且该复配物适宜投加量为18mg/L，并通过动态实验验证了其阻垢性能，可用于该电厂循环冷却水系统。

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-10
引言  10-11
第一章 文献综述  11-25
  1.1 电厂循环冷却水系统  11-13
    1.1.1 工业用水现状  11
    1.1.2 电厂循环冷却水系统结垢问题  11-13
    1.1.3 电厂循环冷却水系统水处理剂需求现状  13
  1.2 水处理剂的发展历程与趋势  13-16
    1.2.1 国外水处理剂的发展历程  13-14
    1.2.2 国内水处理剂的发展历程  14-15
    1.2.3 绿色水处理剂的研究  15-16
  1.3 环境友好型阻垢剂  16-19
    1.3.1 天然高分子  16-17
    1.3.2 烷基环氧羧酸盐  17
    1.3.3 S-羧乙基硫代琥珀酸  17
    1.3.4 聚谷氨酸类阻垢剂  17-18
    1.3.5 聚天冬氨酸  18
    1.3.6 聚环氧琥珀酸  18-19
  1.4 聚环氧琥珀酸  19-23
    1.4.1 聚环氧琥珀酸的合成  19-20
    1.4.2 聚环氧琥珀酸的改性  20-23
  1.5 课题研究目的、意义及内容  23-25
    1.5.1 研究目的及意义  23-24
    1.5.2 研究内容  24-25
第二章 实验方法  25-43
  2.1 主要试剂及仪器  25-26
  2.2 环氧琥珀酸氢钠的合成实验  26-31
    2.2.1 反应机理  26-27
    2.2.2 合成方法的选择  27-28
    2.2.3 实验步骤  28
    2.2.4 产率的测定  28-31
  2.3 共聚物 ESA-HAPS 的合成实验  31
    2.3.1 反应原理  31
    2.3.2 实验步骤  31
  2.4 实验表征  31-35
    2.4.1 红外光谱（ FTIR）  31-32
    2.4.2 核磁共振（ NMR）  32
    2.4.3 分子量  32-34
    2.4.4 熔点  34
    2.4.5 固含量  34-35
  2.5 共聚物阻垢分散性能实验  35-40
    2.5.1 主要试剂及仪器  35
    2.5.2 阻磷酸钙垢性能实验  35-36
    2.5.3 阻碳酸钙垢性能实验  36-37
    2.5.4 阻硫酸钙垢性能实验  37
    2.5.5 稳锌性能实验  37-39
    2.5.6 分散氧化铁性能实验  39-40
  2.6 阻垢性能动态模拟实验  40-43
    2.6.1 实验仪器  40-42
    2.6.2 实验步骤  42
    2.6.3 结果计算  42-43
第三章 实验结果与讨论  43-70
  3.1 环氧琥珀酸氢钠的合成  43-50
    3.1.1 产率的测定  43-45
    3.1.2 单因素实验  45-49
    3.1.3 正交实验  49-50
    3.1.4 验证实验  50
  3.2 共聚物 ESA-HAPS 的合成  50-56
    3.2.1 单因素实验  50-54
    3.2.2 正交实验  54-56
    3.2.3 验证实验  56
  3.3 产物表征  56-60
    3.3.1 环氧琥珀酸氢钠  56-58
    3.3.2 ESA-HAPS 共聚物  58-60
  3.4 共聚物阻垢分散性能测定  60-66
    3.4.1 共聚物阻碳酸钙垢的性能  60-61
    3.4.2 共聚物阻磷酸钙垢的性能  61-62
    3.4.3 共聚物阻硫酸钙垢的性能  62-64
    3.4.4 共聚物稳定锌离子性能  64-65
    3.4.5 共聚物分散氧化铁性能  65-66
  3.5 共聚物 ESA-HAPS 阻垢效果影响因素考察  66-70
    3.5.1 钙离子浓度对阻垢效果的影响  66-67
    3.5.2 温度对阻垢效果的影响  67-68
    3.5.3 反应液 pH 对阻垢效果的影响  68-70
第四章 ESA-HAPS 复配物协同阻垢性能  70-74
  4.1 水质分析  70
  4.2 复配物的选择  70-72
  4.3 加药量的选择  72-73
  4.4 动态模拟实验  73-74
第五章 结论与建议  74-76
  5.1 主要工作及结论  74-75
  5.2 建议  75-76
参考文献  76-84
致谢  84-85
附录  85

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