聚天冬氨酸的微波化學(xué)合成及其在冷卻水系統(tǒng)中的應(yīng)用.pdf

1、聚天冬氨酸是天冬氨酸的縮合產(chǎn)物,是一種具有生物活性的聚羧酸類高分子物質(zhì).在水溶液中聚天冬氨酸是高效的阻垢劑和分散劑,同時(shí)可延緩金屬腐蝕,被認(rèn)為是環(huán)境友好型化學(xué)品.作為一種新型水處理劑,近年來聚天冬氨酸備受研究者關(guān)注.聚天冬氨酸合成包括兩個(gè)過程,首先是合成聚琥珀酰亞胺,然后聚琥珀酰亞胺在堿性條件下水解生成聚天冬氨酸.目前聚琥珀酰亞胺主要有兩種合成方法:一種是L-天冬氨酸固相熱縮聚合;另一種是馬來酸酐和氨水液相聚合.這些方法均采用傳統(tǒng)加熱,

2、存在反應(yīng)溫度高,時(shí)間長(zhǎng),熱能消耗大,生產(chǎn)效率較低,設(shè)備復(fù)雜,操作過程煩瑣等缺點(diǎn).本文通過對(duì)聚酰胺反應(yīng)機(jī)理和微波化學(xué)合成技術(shù)的分析,首次提出了微波濕法化學(xué)合成聚天冬氨酸的方法,確定以馬來酸酐和氨水為主要原料的合成體系是生產(chǎn)水處理劑的最佳方法.實(shí)驗(yàn)室反應(yīng)最佳條件為:氨水與馬來酸酐的化學(xué)計(jì)量數(shù)為1.2,2450MHz微波輸出功率900W,輻射3min,產(chǎn)品收率高達(dá)95.86％.同時(shí),通過IR光譜、<'1>H NMR、<'13>C NMR譜和E

3、SI-MS譜對(duì)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征,證明合成產(chǎn)物是聚天冬氨酸.獲得產(chǎn)物的相對(duì)重均分子量為1410,阻垢效果優(yōu)良,熱穩(wěn)定性好.研究認(rèn)為該方法速度快,產(chǎn)品收率高,原料充足,生產(chǎn)成本和能耗低,排污少,是聚天冬氨酸合成方法的重大改進(jìn).阻垢性能方面,聚天冬氨酸與聚丙烯酸的性能相當(dāng).水質(zhì)因素影響試驗(yàn)顯示,隨著pH和溫度升高,恒溫停留時(shí)間的延長(zhǎng),HCO<,3><'->與Ca<'2+>比值增加以及鈣離子濃度提高,聚天冬氨酸阻垢率有所下降,其中pH值對(duì)聚天

4、冬氨酸的阻垢性能影響最大.緩蝕性能方面,PASP的緩蝕率最高為用量25mg/L時(shí)的36.3％,60mg/L以上則會(huì)加重腐蝕.分析表明,聚天冬氨酸是一種適用于高鈣離子濃度條件的優(yōu)良阻垢劑,但緩蝕效果不夠理想,在應(yīng)用研究中應(yīng)考慮復(fù)配或共聚等措施提高水處理劑的緩蝕效果.試驗(yàn)基礎(chǔ)上,建立了pH<8.32范圍內(nèi)的聚天冬氨酸阻垢效能方程.以某廠嚴(yán)重結(jié)垢型循環(huán)水為對(duì)象,進(jìn)行了復(fù)配試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)研究.研究結(jié)果表明,聚天冬氨酸可以與其它幾種藥劑表現(xiàn)出

5、較好的協(xié)同效應(yīng).依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和聚天冬氨酸阻垢效能方程,確定動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)配方主成分為:PASP投加量12mg/L,ATMP投加量4mg/L,ClO<,2>投加量4mg/L.動(dòng)態(tài)試驗(yàn)結(jié)果表明,保持濃縮倍數(shù)N=3,試驗(yàn)管內(nèi)的平均污垢沉積率由未投藥時(shí)的101.6mg/cm<'2>·m降至投藥的15.1 mg/cm<'2>·m;年污垢熱阻由未投藥時(shí)的3.52×10<'-4>m<'2>·K/W降至投藥后的0.70×10<'-4>m<'2>·K/W.