天冬氨酸-赖氨酸共聚物的微波辐射合成及阻垢性能研究

摘要

聚天冬氨酸(Polyaspartic acid,简称PASP)是一种生物高分子,兼具良好的阻垢能力、水溶性和可生物降解性。但受聚合物内部结构、官能团位置与数量的限制,聚天冬氨酸的综合阻垢性能不够突出。为了增强聚天冬氨酸的阻垢能力,本文选择 L-天冬氨酸和赖氨酸作为共聚单体,在微波辐射的条件下对聚天冬氨酸进行改性研究,并对改性聚天冬氨酸的阻垢性能、配伍性进项行简单评价。本研究对环境友好型阻垢剂的发展具有积极意义和参考价值。
　　首先,以赖氨酸(Lys)作为天冬氨酸(Asp)的共聚单体,用微波辐射替代传统加热,成功合成了天冬氨酸-赖氨酸共聚物(PAL)。该工艺是以N,N-二甲基甲酰胺为溶剂、KH2PO4为催化剂的反应体系。以PAID产率和PAL阻垢效果为评价指标,对反应体系及聚合条件进行优化时,综合考虑聚合反应中间产物—聚琥珀酰亚胺衍生物(polysuccinimide derivative,PSID)的产率和PAL的阻垢性能,确定n(Asp):n(Asp+Lys)=0.5,催化剂为KH2PO4,n(KH2PO4):n(Asp+Lys)=0.08,溶剂用量为16ml,微波时间10min,微波功率为1200w时所得共聚物对硫酸钙的阻垢效果最好,中间产物的产率在90％以上。
　　为了明确该共聚反应的历程和微波作用,利用IR光谱和1H NMR、13C NMR谱对中间产物(PSID)和天冬氨酸-赖氨酸共聚物(PAL)进行了结构表征,结果表明,改性产物表现出共聚物的特征。
　　为考察 PAL作为阻垢剂的可行性,选择常见垢型硫酸钙、磷酸钙、三氧化二铁,分别研究PAL对上述垢型阻垢效果,并考察PAL分子量、药剂投加量及水质条件对PAL阻垢效果的影响。
　　通过静态阻垢试验对 PAL对硫酸钙、磷酸钙、三氧化二铁阻垢性能进行分析研究,并与PASP作对比。实验结果表明,对于以上三种垢型,PAL在阻垢效果上好于PASP,在水质条件的影响下PAL相比于PASP表现的更稳定,赖氨酸的引入提高了其综合阻垢性能;在阻CaSO4垢方面,PAL浓度为10mg/L,Ca2+浓度3000mg/L时,PAL阻垢率达到90%以上;在阻Ca3(PO4)2、Fe2O3垢方面,PAL表现出一定的阻垢作用,但整体阻垢效果不够突出,需要进一步改进。
　　PAL具有优良的配伍性,针对CaSO4、Ca3(PO4)2、Fe2O3三种垢型,PAL与HPMA、HEDP、ATMP的最佳复配比例分别为质量比3:1、2:1、1:2。复配产物的阻垢效果和稳定性明显优于单体,且具较高阻垢率。PAL的复配产物是一类可应用于高温、高钙(铁)浓度、水力停留时间长的用水系统的水处理剂。

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第1章 绪论

1.1 阻垢剂国内外研究现状及其发展动态分析

1.2 聚天冬氨酸的国内外研究进展

1.3 聚天冬氨酸的改性研究进展

1.4 课题研究目的与意义

第2章 天冬氨酸/赖氨酸共聚物的合成与表征

2.1 共聚的可行性分析

2.2 实验材料与方法

2.3 PAL合成条件确定

2.4 产物的表征

2.5 本章小结

第3章 天冬氨酸/赖氨酸共聚物的阻垢性能研究

3.1 实验设备与试剂

3.2 研究方法

3.3 PAL对硫酸钙的阻垢效果研究

3.4 PAL对磷酸钙的阻垢效果研究

3.5 PAL对氧化铁的阻垢效果研究

3.3 本章小结

第4章 PAL复配性能研究

4.1 实验设备与药剂

4.3 不同条件对复配药剂阻硫酸钙垢的影响

4.4 不同条件下阻垢剂对磷酸钙的阻垢效果研究

4.5 不同条件下阻垢剂对氧化铁的阻垢效果研究

4.6 本章小结

第五章 结论与展望

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文

致谢