聚天冬氨酸基阻垢分散剂及其与磁场协同阻垢作用研究

摘要

聚天冬氨酸（PASP）是一种可生物降解的环保型阻垢分散剂，但在阻垢和缓蚀性能上与其它类型阻垢分散剂还有一定的差距。为此，本文对以聚天冬氨酸为主体的复合阻垢分散剂及其在磁场强化下的协同阻垢作用进行了研究。旨在开发环境友好的工业循环冷却水高效处理新技术。 以提高阻垢率为目标，通过与丙烯酸共聚单体的选择和实验研究，合成出一种新型高效阻垢分散剂：丙烯酸－丙烯酸乙酯－衣康酸三元共聚物（AA-AE-IA）。考察了引发剂、链转移剂及反应温度等共聚条件对阻垢率的影响，优化出了该共聚物的适宜合成条件，其阻垢分散性能优于同类产品。 采用热缩聚工艺合成出了聚天冬氨酸。确定了阻垢率与其分子量之间的关系，以及在不同使用条件下，对碳酸钙和硫酸钙的阻垢性能；在此基础上，进行了聚天冬氨酸与丙烯酸共聚物和膦系阻垢分散剂复配性能的研究。发现聚天冬氨酸与AA-AE-IA 三元共聚物具有显著的复合效果，其阻垢率大幅度提高。通过进一步与膦系阻垢分散剂2-膦酸基丁烷-1，2，4-三羧酸（PBTCA）复配研究，开发出一种具有优良阻垢分散和缓蚀性能的新型聚天冬氨酸复配物：PASP+AA-AE-IA+PBTCA。在水体总硬度为639 mg.L-1，水温800C，用量为40mg.L-1条件下，其静态浓缩阻垢率达到98.7％，缓蚀率达到96.5％。针对该复配物，考察了不同用量、水温、水质硬度及时间等条件下对碳酸钙和硫酸钙的阻垢性能，确定了阻垢率随之变化的定量关系。并成功地实现了工业化生产和应用。 自行设计建立了一套附设永磁式水处理器的小型循环冷却水动态实验装置。研究了磁场作用下碳酸钙结晶动力学及阻垢分散作用和机理。确定了不同条件对碳酸钙结晶过程的影响规律，以及磁化阻垢性能与磁场强度、水温、水流速及水质硬度的关系。磁场具有一定阻垢作用的原因是提高了碳酸钙结晶中的文石晶型比例，并使结晶发生扭曲现象。 提出了磁场与聚天冬氨酸基阻垢分散剂协同作用的循环冷却水系统的水处理新方法。 研究了磁场分别与聚天冬氨酸和聚天冬氨酸复配物PASP+AA-AE-IA+PBTCA在不同使用条件下的协同阻垢性能。静态和动态实验结果表明：磁场与阻垢分散剂之间具有明显的协同阻垢作用，且磁场与聚天冬氨酸复配物的协同阻垢效应比与聚天冬氨酸的强，其协同阻垢效应在较宽的水质硬度、水温范围内保持稳定。在动态实验条件下，聚天冬氨酸复配物的阻垢率提高了20个百分点以上，聚天冬氨酸提高13个百分点以上;利用扫描电子显微镜和X-射线衍射等技术对碳酸钙晶体进行了观察和晶型分析，结果表明：磁场与聚天冬氨酸基阻垢分散剂的协同作用可使碳酸钙晶体发生更加明显的扭曲现象，碳酸钙结晶更加细小分散。