甲基丙烯磺酸钠/丙烯酰胺/丙烯酸共聚物制备及性能研究

摘要

结垢现象随处可见，不仅存在于生活中，也存在于工业上。结垢引起设备局部过热，不但浪费燃料，而且造成水资源浪费。水是人类生活和生产不可缺少的重要物质，也是不可替代的重要自然资源。但随着经济发展、人口增长、城市化水平和人们物质文化生活水平的提高，水资源的紧张问题也日益突出。工业用水占整个用水量的约40％，因此如何防止工业结垢备受重视。
　　 目前，出现的阻垢剂种类多种多样，有的阻垢效率可达98％。但是，不是这些阻垢剂本身存在不稳定，抗盐性能差等问题，就是它们会带来一系列的环境问题，如处理后的水中含有磷，带来水体富营养化问题等。
　　 阻垢剂经历了由单一阻垢剂，均聚物阻垢剂，共聚物阻垢剂发展阶段。共聚物阻垢剂从不同单体中引入各种基团，所以具有良好的性能。磺酸基团对盐不敏感，具有良好的抗温、抗盐能力，尤其是具有抗高价金属离子的能力，如果在共聚物中引入磺酸基团，可提高共聚物的抗盐能力；羧酸根负离子拥有很强的亲水能力，它可以与垢物表面的正电荷作用吸附在固体表面，增加垢物微晶之间的斥力，干扰无机盐垢晶格正常生长，从而抑制垢物的沉积；在共聚物中引入酰胺基团，能增强共聚物的吸附能力和亲水能力。
　　 根据以上观点，本文试图通过甲基丙烯磺酸钠引入磺酸基团、通丙烯酸引入羧酸根、丙烯酰胺引入酰胺基。给予适当的条件，让这三种单体聚合，以找到一种效果良好的无磷阻垢剂。采用乌氏粘度计，测定共聚物的特性粘度，采用静态实验法测定共聚物的阻垢率。
　　 首先，研究了单体之间的质量比，引发剂种类，引发剂用量，温度，反应时间等反应条件对合成共聚物特性粘度的影响以及特性粘度与阻垢剂阻垢性能之间的关系；其次，研究了介质条件，如反应温度，反应pH，反应时间，Ca2+浓度等对合成共聚阻垢阻碳酸钙，磷酸钙、硫酸钙的影响。最后，对阻垢剂进行了实际废水实验。
　　 结果表明，对共聚物特性粘度的影响大小顺序是引发剂用量，引发剂种类，单体之间的质量比，温度，反应时间。当温度为40℃时，阻垢剂阻碳酸钙低达60％，对磷酸钙为81.7％；阻垢剂的阻垢率最适温度是55～85℃，最适pH是5～8.5，随着Ca2+浓度的增加而降低。最后对实际生产废水的实验表明，阻垢剂对生产废水的阻垢情况基本上与对实验室配置的废水的阻垢情况相符，但是阻垢情况并不是很理想。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章引言

1.1冷却水系统

1.1.1直流冷却水系统

1.1.2循环冷却水系统

1.2敞开式循环冷却水系统产生的问题

1.2.1结垢

1.2.2腐蚀

1.2.3微生物的滋生和粘泥

1.3循环冷却水处理

1.4阻垢分散剂

1.4.1阻垢剂概述及特点

1.4.2阻垢剂类别

1.5阻垢分散机理

1.6国外阻垢剂的发展方向

1.7国内阻垢剂进展

1.8研究的意义和内容

第2章聚合研究

2.1主要原料和仪器

2.2合成原理

2.2.1丙烯酸(AA)

2.2.2丙烯酰胺(AM)

2.2.3甲基丙烯磺酸钠(AMAS)

2.3引发剂和链转移剂

2.4合成方法

2.5测定方法

2.5.1粘度测定方法

2.5.2碳酸钙、硫酸钙垢的测定

2.5.3磷酸钙阻垢率的测定：钼锑抗分光光度法

2.6共聚物聚合研究

2.6.1单体配比对共聚物特性粘度的影响

2.6.2引发剂的种类对共聚物特性粘度的影响

2.6.3引发剂用量对共聚物特性粘度的影响

2.6.4反应温度对共聚物特性粘度的影响

2.6.5反应时间对共聚物特性粘度的影响

2.6.6共聚物特性粘度与性能的关系

2.7阻垢剂的筛选

第3章聚合物性能研究

3.1阻垢剂用量对阻垢性能的影响

3.2温度对阻垢性能的关系

3.3 pH对阻垢性能的影响

3.4 Ca2+浓度对阻垢性能的关系

3.5实际废水实验

第4章结论与展望

4.1结论

4.2展望

参考文献

致谢

附录：攻读硕士学位期间发表的论文