新型环保型聚羧酸阻垢剂的合成及其阻硫酸钙性能研究

论文总字数：15536字

摘 要

本文首次采用了丁二酸酐对甲基烯丙基聚氧乙烯醚进行羧基封端，合成阻硫酸钙性能较为优良的阻垢剂TPEL/AA。本文主要内容有：通过研究表明反应温度85 ℃、反应时间1.5 h、引发剂用量为单体总质量的3 %、TPEL与AA的单体质量配比TPEL:AA为1:2，阻垢剂用量投加至4 mg·L^-1时能达到95 %的硫酸钙阻垢率。并且通过SEM和XRD可知，TPEL/AA只改变硫酸钙的晶体形貌，不改变硫酸钙的晶体晶形。与市场上常用的阻垢剂相比，本文研究的阻垢剂制备方法简单，具有更加优异的阻硫酸钙垢效果。

关键词：封端聚醚；丁二酸酐；阻垢剂；硫酸钙钙垢

New Environment-friendly Synthesis of Poly (Carboxylic Acid Scale Inhibitors and Calcium Sulphate Resistance Performance Research

Abstract

It was the first time using succinic anhydride methyl allyl polyethenoxy ether of carboxyl terminated, synthetic resistance calcium sulfate performance is excellent scale inhibition agent TPEL/AA. The main content of this paper is: through the study showed that reaction temperature of 85 DEGC, and the reaction time 1.5 h, initiating agent dosage of monomer 3%, the tpel and AA monomer mass ratio TPEL:AA 1:2, scale inhibitor concentration investment plus to 4 mg - L-1 can reach 95 % of the calcium sulfate scale inhibition rate. And through the SEM and XRD showed that TPEL/AA only change the crystal morphology of calcium sulfate, does not change the crystal form of calcium sulfate. Compared with the commonly used scale inhibitors in the market, the preparation method of the scale inhibitor is simple and has a better effect of inhibiting calcium sulfate scale.

Key words: End Capped Polyether; Butyl Two Acid Anhydride; Scale Inhibitor; Calcium Sulfate Scale

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引 言 1

1.1淡水资源现状 1

1.1.1世界水资源现状 1

1.1.2我国水资源现状 1

1.2研究背景 1

第二章 丁二酸酐封端的聚羧酸阻垢剂TPEL/AA的制备与表征 2

2.1引言 2

2.2实验部分 2

2.2.1丁二酸酐封端的阻垢剂TPEL的合成 2

2.2.2阻垢剂TPEL/AA的合成 2

2.2.3表征方法 4

2.3结果与讨论 5

2.4小结 5

第三章 阻垢剂TPEL/AA的阻硫酸钙阻垢性能的研究 7

3.1引言 7

3.2实验部分 7

3.2.1 实验原料和仪器 7

3.2.2 阻硫酸钙阻垢性能测试方法 7

3.3 结果与讨论 8

3.3.1 TPEL/AA的反应条件对阻硫酸钙性能的影响 8

3.3.2测试条件对阻垢性能的影响 10

3.3.3 TPEL/AA阻硫酸钙机理 15

3.4 小结 17

第四章 结论与展望 18

4.1 结论 18

4.2 展望 18

致 谢 19

参考文献 20

第一章 引 言

1.1淡水资源现状

水是组成人类生活的基本条件，是人类社会进步和发展不可缺少的资源。地球表面虽有73 %的面积被水覆盖，但淡水资源仅占水资源总量的0.75 %，淡水中还有70 %被固化在冰层中，无法被人类使用。地球上真正能被使用的淡水只有约0.007 %。

1.1.1世界水资源现状

据调查，随着人类社会的发展，世界上的淡水消耗量每年增加5 %，根据计算的总水量将每5年翻一番。联合国第二次人类住区大会称：水危机会成为“21世纪极易引起争端的问题”；有些专家甚至预计大约在2025年，地球上将有一半以上的人口面临淡水资源问题。所以对于水资源贫乏这一问题，当局务必采取有效的措施，不然该问题将会成为全球性的经济和社会发展的主要约束要素。^[1-2]

1.1.2我国水资源现状

我国是一个水资源十分紧缺的国家，七大河流的海河、淮河、辽河、黄河、珠江、长江和松花江均受到不同程度的污染。由于工业废水的任意排放，我国浅层地下水资源有80 %以上被污染。因此污水处理是一个非常迫切的问题，只有处理好了污水，宝贵的淡水资源才能得以保护。^[3]

1.2研究背景

在我国的淡水资源极度贫乏的状态下，工业用水的使用却十分浪费，为保护淡水资源大多企业采用循环冷却水系统。但循环冷却水系统易结垢。市场上有些阻垢剂对于一些难溶垢如硫酸钙、硫酸钡等，溶解度非常小，一旦有结垢发生很难处理。另外大部分阻垢剂都含有对环境有害的元素，如磷等护。^[4-5]针对上述现象本课题组着重于新型环保型聚羧酸阻垢剂的合成，并对其阻难溶性垢，如硫酸钙垢的性能做了一系列的研究。

1.3研究内容及意义

本文在研究和综合参考国内外最新绿色阻垢剂文献的基础上，^[6-13]研究和探讨了丁二酸酐封端的无磷无氮环保型聚羧酸阻垢剂的制备及其阻硫酸钙性能。本文的内容如下：（1）以甲基烯丙基聚氧乙烯醚(TPEG)和丁二酸酐为原料，合成羧基封端聚醚大分子单体TPEL。（2）以丙烯酸(AA)和TPEL为原料，通过水相自由基共聚合成TPEL/AA。（3）研究TPEL/AA的最佳合成条件及其阻硫酸钙性能。

本文的创新之处在于，首次采用丁二酸酐进行羧基封端，不仅引入羧基官能团，提高了聚醚分子的稳定性，而且提高了与丙烯酸进行共聚的活性。同时，由于羧基官能团的增多，共聚物的亲水性也大大增强。

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