马来酸酐聚乙二醇双酯-丙烯酸水处理剂的制备及性能研究

摘要

首先用马来酸酐(MA)对聚乙二醇(PEG)进行了双端羧基功能化，得到了分子中同时含有双键和羧基的聚醚单体马来酸酐聚乙二醇双酯(PEGDMA)，之后与单体丙烯酸(AA)进行了自由基共聚反应，制备了一系列双亲水性聚醚阻垢缓蚀剂PEGDMA-AA，并对单体和共聚物进行了红外光谱(FTIR)、核磁共振氢谱(1H-NMR)和热重分析(TGA)表征，借助乌氏粘度计对聚合物PEGDMA-AA的粘均分子量进行了测定。研究了单体比例、引发剂用量、链转移剂用量、滴加时间、反应温度和反应时间对PEGDMA-AA阻垢性能的影响，确立了最佳合成工艺。将PEGDMA-AA与市售水处理剂进行了性能对比研究，并考察了循环水质和复配对其阻垢分散缓蚀性能的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)对钙垢进行了形貌观察，利用X-射线粉末衍射(XRD)和红外光谱(FTIR)研究了钙垢的晶型变化和晶体衍射强度变化，并详细阐述了螯合增溶机理、多电层吸附和静电斥力共同作用机理以及吸附成膜缓蚀机理等。
　　采用静态阻垢法评价了PEGDMA-AA阻碳酸钙和硫酸钙垢、分散氧化铁和稳定锌性能，借助旋转挂片腐蚀仪考察了PEGDMA-AA及其与锌盐复配后的缓蚀性能。PEGDMA-AA的最佳合成工艺为:单体比例m(PEGDMA)∶m(AA)=1∶1，引发剂量7％，链转移剂量6％，滴加时间1.5h，反应温度和时间分别为85℃和3h。PEGDMA-AA用量为10mg/L时，阻碳酸钙率89.3％; PEGDMA-AA用量为4mg/L时，阻硫酸钙率98.8％;PEGDMA-AA用量为6mg/L时，分散氧化铁溶液透过率达到最小值19.3％; PEGDMA-AA用量为4mg/L时，对5mg/L和10mg/L锌盐溶液的稳定率分别达到了92.5％和81.6％;PEGDMA-AA用量为30mg/L时，对A3碳钢的缓蚀率达到最大值38.37％，且其在碳钢表面的吸附遵循Langmuir吸附等温规律，其浓度C与C/θ之间具有良好的线性关系，相关系数达到0.9981。与锌盐的最佳复配配方为:30mg/L PEGDMA-AA和1.5mg/L Zn2+，对应的对碳钢的缓蚀率为71.28％。PEGDMA-AA与市售水处理剂的性能对比研究和循环水质对PEGDMA-AA性能变化的影响结果，充分说明PEGDMA-AA是一种优异的阻垢分散剂，适用于冷却水系统。PEGDMA-AA的加入改变了CaCO3、 CaSO4的形貌和晶体尺寸，钙垢晶型和衍射强度也发生了较大的变化。PEGDMA-AA通过在钢片表面吸附成膜，阻碍了碳钢的腐蚀过程，从而使碳钢表面裂缝和点蚀减少，腐蚀产物锐减。
　　PEGDMA-AA分子内部无氮无磷，不用担心排放后的污染问题，是冷却水体系理想的多功能环保型阻垢缓蚀剂。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 阻垢分散剂、缓蚀剂的分类

1．2．1 阻垢分散剂的分类

1．2．2 缓蚀剂的分类

1．3 阻垢分散和缓蚀机理

1．3．1 阻垢分散机理

1．3．2 缓蚀机理

1．4 研究内容和创新点

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究创新点

第二章 PEGDMA-AA水处理剂的制备与表征

2．1 实验

2．1．1 主要试剂和仪器

2．1．2 聚醚单体PEGDMA的合成

2．1．3 聚醚共聚物PEGDMA-AA的合成

2．2 单体和共聚物的表征

2．2．1 红外光谱(FTIR)

2．2．2 核磁共振(1H-NMR)

2．2．3 热重分析(TGA)

2．2．4 粘均分子量(Mv)的测定

2．3 结果与讨论

2．3．1 FTIR表征

2．3．2 1H-NMR表征

2．3．3 热重分析(TGA)

2．3．4 粘均分子量(Mv)

2．4 小结

第三章 PEGDMA-AA阻垢性能的研究

3．1 实验试剂与仪器

3．2 阻碳酸钙性能的研究

3．2．1 阻碳酸钙垢性毹方法

3．2．2 聚合工艺对PEGDMA-AA阻碳酸钙性能的影响

3．2．3 PEGDMA-AA与市售水处理剂阻碳酸钙垢性能的比较

3．2．4 循环水质对PEGDMA-AA阻碳酸钙性能的影响

3．2．5 PEGDMA-AA阻碳酸钙机理

3．3 阻硫酸钙性能的研究

3．3．1 阻硫酸钙垢性能方法

3．3．2 PEGDMA-AA用量对阻硫酸钙性能的影响

3．3．3 PEGDMA-AA与市售水处理剂阻硫酸钙垢性能的比较

3．3．4 循环水质对PEGDMA-AA阻硫酸钙性能的影响

3．3．5 PEGDMA-AA阻硫酸钙机理

3．4 阻垢机理探讨

3．4．1 螯合增溶作用

3．4．2 多电层吸附和静电斥力作用

3．5 小结

第四章 PEGDMA-AA分散稳定性能的研究

4．1 实验试剂与仪器

4．2 分散氧化铁性能研究

4．2．1 分散氧化铁性能测定方法

4．2．2 PEGDMA-AA用量对分散氧化铁性能的影响

4．2．3 PEGDMA-AA与市售水处理剂分散氧化铁性能的比较

4．3 稳定锌性能研究

4．3．1 稳定锌性能测定方法

4．3．2 PEGDMA-AA用量对稳定锌性能的影响

4．3．3 PEGDMA-AA与市售水处理剂稳定锌性能的比较

4．3．4 循环水质对PEGDMA-AA稳定锌性能的影响

4．4 PEGDMA-AA分散机理的研究

4．5 小结

第五章 PEGDMA-AA缓蚀性能的研究

5．1 实验

5．1．1 实验试剂与仪器

5．1．2 实验方法

5．2 PEGDMA-AA缓蚀性能的研究

5．2．1 PEGDMA-AA浓度对缓蚀性能的影响

5．2．2 PEGDMA-AA的吸附模型

5．2．3 PEGDMA-AA缓蚀机理探讨

5．3 PEGDMA-AA与锌盐复配性能研究

5．3．1 Zn2+浓度对缓蚀性能的影响

5．3．2 PEGDMA-AA与Zn2+复配对缓蚀性能的影响

5．3．3 循环水质对复配配方缓蚀性能的影响

5．4 小结

第六章 结论和展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的科研成果

致谢