AA-APEm-H3PO3聚醚阻垢缓蚀剂的合成及其性能研究

摘要

结垢和腐蚀是循环冷却水系统中最主要的两个问题，对于经济和技术发展有很大的影响。在循环冷却水的使用过程中，碳酸钙和硫酸钙是最常见的两种钙垢。大多数进行冷却水循环的设备都是以碳钢和不锈钢为基本材料，所以就会有腐蚀问题，包括管道、换热器表面等。所以需要寻找合适的水处理剂。
　　单体丙烯酸、APEM和亚磷酸在水相系统中进行自由基聚合反应，加入引发剂，合成了新型的三元低磷聚醚类水处理剂，它具有良好的阻垢、缓蚀和分散效果。然后对单体和三聚物进行红外光谱、氢核磁和热重分析的表征，分析其具体结构和热稳定性。该聚合物具有优异的阻垢性能，投加浓度为18mg/L时，阻碳酸钙效率达到80.97％;投加浓度为8mg/L时，阻硫酸钙效率达到93.94％;具有良好的分散氧化铁性能，当单体质量配比m(AA)∶m(APEM)∶m(H3PO3)为2∶1∶0.5时，该聚合物的分散效率达到最好，透射率为12.2％。在缓蚀效果上，与市场上的水处理剂相比，投加浓度为70mg/L时，共聚物的缓蚀率为87.14％，而有机膦类缓蚀剂HEDP的缓蚀率只有80.5％。
　　利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)对碳酸钙和硫酸钙垢的形貌进行了观察，利用X-射线衍射(XRD)和红外光谱(FT-IR)对碳酸钙和硫酸钙垢的晶型变化和晶体衍射强度做了研究，使用三元共聚物之后的碳酸钙和硫酸钙形貌均发生了明显变化。另外还研究了单体比例、引发剂用量、链转移剂用量、滴加时间和反应温度对AA-APEM-H3PO3阻垢性能的影响，确立了最佳合成工艺。也将AA-APEM-H3PO3与市场上销售的水处理剂进行了各种性能的对比，考察了循环水水质和复配对其阻垢、分散、缓蚀性能的影响。
　　三元低磷聚醚类共聚物含有醚键、膦酰基、羧基等官能团，羧基能螯合多种金属离子，阻止钙垢的生成，对氧化铁有分散作用。膦酰基的存在能在金属表面形成一层吸附膜，减少腐蚀介质与金属元素的作用，从而起到减缓腐蚀的效果。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 阻垢分散剂的研究进展

1．2．1 天然高分子阻垢剂

1．2．2 聚合物类阻垢剂

1．2．3 生态友好型阻垢剂

1．3 缓蚀剂的研究进展

1．3．1 无机型缓蚀剂

1．3．2 有机型缓蚀剂

1．3．3 聚合物类缓蚀剂

1．4 阻垢和缓蚀机理

1．4．1 阻垢机理

1．4．2 缓蚀机理

1．5 本论文的研究内容和创新点

1．5．1 研究内容

1．5．2 创新点

第二章 聚醚类水处理剂AA-APEM-H3PO3的制备与表征

2．1 AA-APEM-H3PO3的制备

2．1．1 主要试剂和仪器

2．1．2 聚醚大单体APEM的制备

2．1．3 低磷聚醚类三元共聚物AA-APEM-H3PO3的制备

2．2 单体APEM和共聚物AA-APEM-H3PO3的结构表征

2．2．1 红外光谱表征(FT-IR)

2．2．2 核磁共振表征(1H-NMR)

2．2．3 热重分析(TGA)

2．3 小结

第三章 AA-APEM-H3PO3阻垢性能的研究

3．1 实验试剂和仪器

3．2 阻垢性能评定方法

3．2．1 阻碳酸钙垢

3．2．2 阻硫酸钙垢

3．2．3 阻磷酸钙垢

3．3 阻碳酸钙垢性能测试

3．3．1 反应条件对AA-APEM-H3PO3阻碳酸钙垢性能的影响

3．3．2 测试条件对AA-APEM-H3PO3阻碳酸钙垢性能的影响

3．3．3 AA-APEM-H3PO3与商业阻垢剂的碳酸钙阻垢性能比较

3．4 阻硫酸钙垢性能测试

3．4．1 投加量对AA-APEM-H3PO3阻硫酸钙垢性能的影响

3．4．2 测试温度对AA-APEM-H3PO3阻硫酸钙垢性能的影响

3．4．3 成垢离子浓度对AA-APEM-H3PO3阻硫酸钙垢性能的影响

3．4．4 AA-APEM-H3PO3与商业阻垢剂的硫酸钙阻垢性能比较

3．5 阻磷酸钙垢性能测试

3．5．1 不同质量单体配比对AA-APEM-H3PO3磷酸钙阻垢性能的影响

3．5．2 AA-APEM-H3PO3与商业阻垢剂的磷酸钙阻垢性能比较

3．6 小结

第四章 钙垢表征及阻垢机理

4．1 引言

4．2 实验仪器与钙垢

4．3 碳酸钙垢分析结果与讨论

4．3．1 SEM

4．3．2 TEM

4．3．3 XRD

4．3．4 FT-IR

4．4 硫酸钙垢分析结果与讨论

4．4．1 SEM

4．4．2 XRD

4．5 AA-APEM-H3PO3的阻垢机理

4．6 小结

第五章 AA-APEM-H3PO3缓蚀分散性能的研究

5．1 实验试剂与仪器

5．2 缓蚀性能研究

5．2．1 缓蚀性能评定方法

5．2．2 AA-APEM-H3PO3单体配比对缓蚀性能的影响

5．2．3 AA-APEM-H3PO3与商用缓蚀剂的缓蚀性能比较

5．2．4 AA-APEM-H3PO3与锌盐复配

5．3 分散性能研究

5．3．1 分散性能评定方法

5．3．2 AA-APEM-H3PO3单体配比对分散性能的影响

5．4 小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

硕士期间主要科研成果