氨基酸共聚物的合成及其与金属离子络合性能的研究

摘要

近年来，水资源危机日益严重，工业循环冷却水系统补给水的水源逐步被再生水替代，该措施在一定程度上缓解了用水紧缺状况，但再生水引起的循环冷却系统结垢问题，以及污水外排造成了环境污染问题日趋严重。因此，需要合成一种高效且环境友好的水处理药剂。本文在聚天冬氨酸改性的基础上研发出了一种新型的水处理药剂，用于解决系统中存在的问题。
　　首先，以天冬氨酸和苹果酸为原料，采用微波加热的方式，合成了天冬氨酸-苹果酸共聚物（PAMA）。研究了原料配比、微波功率、微波时间等对共聚物的络合性能及产率的影响，得到了最优合成工艺条件：以KH2PO4为催化剂，N-N二甲基甲酰胺（DMF）为有机溶剂，当 n(Asp)/n(Asp+MA)=0.5，n(Cat)/n(Asp+MA)=0.10，V（DMF）=6mL，微波功率为1000W，微波时间3.5min时，合成的共聚物产率达到98.91%，络合量达到500mg/g。利用红外光谱和核磁共振表征了天冬氨酸-苹果酸共聚物的结构。
　　其次，对天冬氨酸-苹果酸共聚物的可生物降解性进行了研究，结果表明：PAMA是一种易生物降解的药剂；在一定范围内，分子量越小，苹果酸含量越高，PAMA可生物降解性越好；苹果酸和天冬氨酸的可生物降解性能接近，而PAMA的降解效果较其两个单体差一些；加入Al3+和Mn2+对PAMA的可生物降解性能没有产生负面影响，甚至在Mn2+的存在下，PAMA的可生物降解性能有所提升；而加入Zn2+和Cu2+对PAMA的可生物降解性能均产生了负面影响，并且Cu2+的负面影响最严重；PAMA的降解效果优于ATMP和HEDP，但是较PASP和PBTCA的效果要差一些。
　　之后，对天冬氨酸-苹果酸共聚物的络合性能进行研究，针对CaCO3和CaSO4两种垢型，考察了阻垢剂投加量、pH值、金属离子浓度、恒温温度、恒温时间不同时，PAMA对二者 Ca2+的络合性能的影响，结果表明：PAMA适用于温度较高，水力停留时间较长的循环冷却水系统；溶液中加入金属离子后，PAMA的络合性能降低，在金属离子超过一定浓度以后，络合性能几乎完全丧失。因此，在循环冷却系统中应严格控制金属离子的含量。
　　最后，利用XRD和SEM对天冬氨酸-苹果酸共聚物的络合机理进行探讨，结果表明：加入PAMA后，晶体结构由方解石转变为球霰石，晶型由规则坚硬的六面体变为不规则结构松散的体形。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 循环冷却系统的结垢及危害

1.3 阻垢剂的发展

1.4 聚天冬氨酸合成及其改性研究

1.5 阻垢剂机理研究

1.6 主要研究内容

第2章 天冬氨酸-苹果酸共聚物的合成及表征

2.1 改性方案的确定

2.2 实验部分

2.3 产物的表征

2.4 PAMA的合成条件优化

2.5 本章小结

第3章 天冬氨酸-苹果酸共聚物的可生物降解性研究

3.1 材料与方法

3.2 研究结果与分析

3.3 本章小结

第4章 PAMA的络合性能研究

4.1 材料与方法

4.2 碳酸钙过饱和溶液中金属离子对PAMA络合性能的影响

4.3硫酸钙过饱和溶液中加入金属离子对PAMA络合性能的影响

4.4 本章小结

第5章 天冬氨酸-苹果酸共聚物络合机理初探

5.1碳酸钙成垢过程

5.2 实验材料与方法

5.3 实验结果和分析

5.4 PAMA抑制碳酸钙结垢的机理研究

5.5 本章小结

第6章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢

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