封端聚醚及其無磷聚合物的阻垢研究.pdf

1、添加阻垢劑是阻止工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中無機(jī)垢形成的主要方法。與傳統(tǒng)阻垢劑相比,本論文研究的封端聚醚型無磷阻垢劑的制備方法簡(jiǎn)單、成本低、用量少、功能全,具有比傳統(tǒng)阻垢劑更優(yōu)異的阻垢性能,且聚合物阻垢劑丙烯酸／烯丙氧基聚乙烯氧基羧酸鈉僅有碳、氫、氧、鈉四種元素,不含對(duì)水環(huán)境造成二次污染的磷、氮、硫等元素,是一種環(huán)保型高效阻垢劑。論文首先采用聚醚封端技術(shù)合成了含聚乙烯氧基重復(fù)單元的大分子單體烯丙氧基聚乙烯氧基硫酸銨-n(APESn,n為聚乙烯氧

2、基重復(fù)單元數(shù),n=5、10、15、20,下同)以及烯丙氧基聚乙烯氧基羧酸鈉-n(APECn,n=5、10、15,下同),運(yùn)用紅外光譜(FT-IR)和核磁共振氫譜(1H-NMR)、熱重分析(TGA)、溴值和羥值以及元素分析綜合表征了單體APES10、APEC10的結(jié)構(gòu)特征。以封端聚醚為大分子單體,丙烯酸(AA)或馬來酸酐(MA)為小分子單體,利用自由基聚合反應(yīng)在水相中制得系列封端聚醚型無磷聚合物阻垢劑,采用靜態(tài)阻垢方法系統(tǒng)評(píng)價(jià)了聚合物阻磷

3、酸鈣、碳酸鈣、硫酸鈣阻垢性能以及分散氧化鐵性能,并利用X-射線粉末衍射(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)深入探討了阻垢機(jī)理,主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　 1.APESn、APECn系列大分子單體
　　 SO3-和COO-是阻垢劑分子中重要功能基團(tuán)。利用聚醚封端技術(shù)使SO3-和COO-取代烯丙氧基聚乙烯氧基單醚-n(APEOn)中的活潑羥基氫,提高了APESn、APECn

4、大分子單體的化學(xué)穩(wěn)定性,并賦予APESn、APECn電解質(zhì)性質(zhì)。FT-IR、1H-NMR譜圖說明聚醚APEOn中羥基氫分別被-SO3NH4和-COONa取代,溴值和羥值測(cè)定以及元素分析表明由APEO10磺化成APES10的磺化率約75％,由APEO10羧甲基化成APEC10的羧甲基化率約85％,且磺化和羧甲基化過程中,雙鍵未被破壞。
　　 2.MA／APESn、MA／APECn系列阻垢劑
　　 以過硫酸銨為引發(fā)劑,在水相

5、中成功合成了雙親水性嵌段共聚物馬來酸酐／烯丙氧基聚乙烯氧基硫酸銨-n(MA／APESn)、馬來酸酐／烯丙氧基聚乙烯氧基羧酸鈉-n(MA／APECn)并利用FT-IR、1H-NMR、TGA和溴值對(duì)系列共聚物MA／APESn、MA／APECn中的MA／APES10、MA／APEC10進(jìn)行了表征。MA／APESn、MA／APECn阻垢劑均具有一定的阻磷酸鈣垢性能,其中n=10,單體摩爾配比n(APES10):n(MA)和n(APEC10):n

6、(MA)都為1:1時(shí)阻磷酸鈣垢效果最佳。聚合物MA／APES10和MA／APEC10在250 mg·L-1 Ca2+(以CaCO3,下同),5 mg·L-1 PO43-,pH=9.0,T=80℃,t=10.0 h條件下,用量為6 mg·L-1時(shí)阻磷酸鈣垢分別為90％、99％。TEM、SEM和XRD表明聚合物MA／APES10和MA／APEC10具有優(yōu)異的阻磷酸鈣垢性能是源于聚合物分子具有自組裝能力并在磷酸鈣溶液中由于聚乙烯氧基的存在而形

7、成親水性強(qiáng)的殼核結(jié)構(gòu)。
　　 3.AA／APES10阻垢劑
　　 以過硫酸銨為引發(fā)劑,合成并利用FT-IR、1H-NMR表征了含長(zhǎng)側(cè)鏈聚乙烯氧基水溶性共聚物AA／APES10；AA／APES10阻磷酸鈣性能與阻垢劑MA／APES10阻磷酸鈣性能相當(dāng)。聚合物AA／APES10中丙烯酸AA鏈段取代MA／APES10中馬來酸酐MA鏈段后提高了阻垢劑阻碳酸鈣垢性能,MA／APES10、AA／APES10在240 mg·L-1 C

8、a2+,732mg·L-1 HCO3-,T=80℃,t=10.0 h條件下,阻垢劑用量為9 mg·L-1時(shí)阻碳酸鈣垢分別為17.44％、45.04％。
　　 4.AA／APEC10阻垢劑
　　 根據(jù)上述研究成果,設(shè)計(jì)并成功合成出一種阻磷酸鈣、碳酸鈣、硫酸鈣以及氧化鐵的多功能超高效無磷阻垢劑AA／APEC10。在250 mg·L-1 Ca2+,5 mg·L-1 PO43-,pH=9.0,T=80℃,t=10 h條件下,用量

9、為6 mg·L-1時(shí)該阻垢劑阻磷酸鈣垢高達(dá)100％;在240 mg·L-1 Ca2+,732 mg·L-1 HCO3-,T=80℃,t=10.0 h條件下,用量為9 mg·L-1時(shí),MA／APEC10、AA／APEC10阻垢劑阻碳酸鈣垢分別為24.74％、59.86％,優(yōu)于相應(yīng)的MA／APES10、AA／APES10阻碳酸鈣垢性能,且繼續(xù)提高AA／APEC10阻垢劑用量,其阻碳酸鈣垢性能增加；在6800 mg·L-1 Ca2+,7100

10、 mg·L-1 SO42-,T=80℃,t=6.0 h條件下,阻垢劑AA／APEC10用量?jī)H為2 mg·L-1時(shí),阻硫酸鈣垢達(dá)80％,與市場(chǎng)阻垢劑阻硫酸鈣性能相當(dāng),但具有用量低、無磷等優(yōu)勢(shì)。同時(shí)AA／APEC10具有良好的分散氧化鐵性能,在10 mg·L-1 Fe2+,150mg·L-1 Ca2+,pH=9.0,T=50℃,t=6.0 h條件下,含氧化鐵溶液的透光率為17％。在高Fe2+、高Ca2+、高pH值以及高溫條件下該阻垢劑仍具有