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摘 要

本文以马来酸酐（MA）、3-氨丙基-3-乙氧基甲硅烷 （APES）、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS)为单体，过硫酸铵为引发剂，在水相中进行自由基聚合反应，合成了MA/AMPS/APES 三元共聚物阻垢剂。系统考察了聚合工艺条件对碳酸钙（CaCO₃）、硫酸钙（CaSO₄）、硫酸钡（BaSO₄）阻垢效果的影响，并对分散氧化铁进行了初步评价。结果表明，MA：AMPS：APES=4:1:1（质量比，以下所有比例均以质量比记），引发剂量：6%，反应时间：3h，反应温度：80℃，当投加量为18 mg·L^-1时，阻CaCO₃垢率达84.87%；MA：AMPS：APES=4:1:0.5,引发剂量：8%，反应时间：3h，反应温度：85℃，阻CaSO₄垢率最佳效果可以达到99.90%；MA：AMPS：APES=4:0.3:1，引发剂量：8%，反应时间：2.5h，反应温度：85℃，当投加量为15 mg·L^-1时，阻BaSO₄垢率达90.57%。并且在选取MA：AMPS：APES=4:1:0.5时，投加量为12 mg·L^-1时，透光率为19.8，该阻垢剂具有较好的分散氧化铁性能。

关键词：MA/AMPS/APES三元共聚物；阻垢；合成

Study on the preparation and scale inhibition of three yuan scale inhibitor MA/AMPS/APES

Abstract

In this paper with maleic anhydride (MA), propyl - 3-3 - ammonia ethoxy silicane (APES), 2 - acrylamide - 2 - methyl propane sulfonic acid (AMPS) as monomers, ammonium persulfate as initiator, radical polymerization re

-action in aqueous phase, MA/AMPS/APES was synthesized ternary copolymer scale inhibitors. Polymerization p -rocess conditions on the study of the calcium carbonate (CaCO₃), calcium sulphate (CaSO₄), barium sulfate (BaS

-O₄) the effects of the scale and dispersing iron oxide has carried on the preliminary evaluation. The results showe

-d that the MA: AMPS: APES = 4:1:1 (mass ratio, the following all proportion to the quality than), triggering dose

: 6%, the reaction time: 3 h, the reaction temperature: 80 ℃, when the additive amount to 18 mg · L ^-1, CaCO₃ scal

-e resistance rate was 84.87%; MA: AMPS: APES = 4:1:0. 5, triggering dose: 8%, the reaction time: 3 h, the react

-ion temperature: 85 ℃, the resistance rate of CaSO₄ scale best effect can reach 99.90%; MA: AMPS: APES = 4: 0.3:1, triggering dose: 8%, the reaction time: 2.5 h, the reaction temperature: 85 ℃, when the additive amount of

15 mg · L ^-1, BaSO₄ scale resistance rate was 90.57%. And the selection of MA: AMPS: APES = 4:1:0. 5, dosing

quantity of 12 mg · L^{- 1}, light transmittance is 19.8, the scale inhibitor has good dispersion performance of iron oxi

-de.

Keywords: MA / AMPS / APES terpolymer; Scale; Synthesis

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1 研究背景 1

1.1.1我国淡水资源短缺的形势严峻并且水体污染严重 1

1.1.2工业用水采用循环冷却水及使用阻垢剂的必要性 1

1.2 阻垢剂的研究进展 1

1.2.1天然高分子阻垢剂 1

1.2.2聚磷酸盐和有机膦酸盐阻垢剂 1

1.2.3羧酸类聚和共聚物阻垢剂 2

1.2.4磺酸类共聚物阻垢剂 2

1.2.5膦酸羧酸类聚合物阻垢剂 2

1.2.6 环境友好的共聚物阻垢剂 2

1.3本课题研究目的与意义 2

1.4 研究内容和创新点 2

第二章 实验部分 4

2.1主要药品及设备 4

2.1.1共聚物合成主要药品及设备 4

2.1.2聚合工艺测定主要药品及设备 4

2.1.3分散氧化铁测试所需药品及设备 5

2.2 MA/AMPS/APES共聚物的合成及原理 5

2.3 阻垢分散性能评价 6

2.3.1 阻碳酸钙垢性能 6

2.3.2 阻硫酸钙垢性能 6

2.3.3阻硫酸钡垢性能 7

2.3.4分散氧化铁性能 7

第三章 结果与讨论 8

3.1共聚物FT-IR图解析 8

3.2聚合工艺对共聚物阻碳酸钙性能影响 9

3.2.1不同单体质量配比的共聚物阻碳酸钙性能 9

3.2.2引发剂用量对共聚物阻碳酸钙性能的影响 10

3.2.3反应时间对共聚物阻碳酸钙性能的影响 11

3.2.5阻碳酸钙机理 13

3.3聚合工艺对共聚物阻硫酸钙性能影响 14

3.3.1不同单体质量配比的共聚物阻硫酸钙性能 14

3.3.2引发剂用量对共聚物阻碳酸钙性能的影响 15

3.3.3反应时间对共聚物阻硫酸钙性能的影响 16

3.3.4反应温度对共聚物阻硫酸钙性能的影响 16

3.3.5共聚物阻硫酸钙机理 17

3.4聚合工艺对共聚物阻硫酸钡性能影响 18

3.4.1不同单体质量配比的共聚物阻硫酸钡性能的影响 18

3.4.2引发剂用量对共聚物阻硫酸钡性能的影响 19

3.4.3反应时间对共聚物阻硫酸钡性能的影响 19

3.4.4反应温度对共聚物阻硫酸钡性能的影响 20

3.4.5共聚物阻硫酸钡机理 20

3.5共聚物分散氧化铁性能评价 22

第四章 结论 23

致谢 24

参考文献 25

第一章 引言

1.1 研究背景

1.1.1我国淡水资源短缺的形势严峻并且水体污染严重

水是人类赖以生存和发展的不可或缺的资源，而人类赖以生存的淡水缺仅占总水量的1%。耗水量增加和水污染加剧，导致全球性的水危机，20亿人口饮用水紧缺, 10亿以上人口饮用污染水。水资源的缺乏，一直困扰我国的一大难题,人均可用水不到2200m³，是13个贫水国之一，我国的缺水已不可置疑。而我国人口继续在增加，到本世纪中，以我国16亿人口算，人均水资源只有1700m³，我国水资源的缺乏可想而知^[1]。

随着工业化的发展，水资源的使用越来越广泛。不仅如此，工业排放废水严重超标，使江河污染，清洁用水加一步减少。随着我国快速发展，生活用水与工业用水的矛盾也将大大增加，这必将导致城市供水矛盾日益加剧^[2]。

1.1.2工业用水采用循环冷却水及使用阻垢剂的必要性

工业水中60%-70%为冷却水。因此，解决冷却水，则将很好的解决工业用水量，也将剩余更多的清洁水用于民用。工业中的冷却水多为循环冷却水，然而循环冷却水中，会含有Ca² 、Mg² 、HCO^3-、CO₃²-、Cl^-等有害离子，会产生钙垢、钡垢等阻塞管道，这将给生产带来很大的安全隐患^[3]，由此，加入阻垢剂就成为必要了。加入阻垢剂后，将大大减少垢的产生，也减弱生产过程的危险^[4]。

1.2 阻垢剂的研究进展

1.2.1天然高分子阻垢剂

天然高分子阻垢剂的优点是聚合原料来源广泛、价格低廉，可降解，可以生产绿色、环保、经济的高效阻垢剂。其缺点是聚合物易分解、不稳定，合成出来的聚合物杂志较多，综合分散效果不佳。现在很少使用该类阻垢剂^[5]。

1.2.2聚磷酸盐和有机膦酸盐阻垢剂

聚磷酸盐的优点是对于金属管道等，可抑制其阴极发生反应，从而使其不被腐蚀。而且聚磷酸盐具有较好的分散效应，能够抑制垢的产生。缺点是在特定条件下会水解产生一些垢依附在管壁上，不仅会影响换热切的换热效果，而且在垢依附的地方会加快管道的腐蚀速度；且聚磷酸盐中含有磷元素等，排放将会造成水富氧化等问题，导致蓝藻、赤潮等问题^[6]。

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