聚天冬氨酸微波合成的改进与污染控制研究

【摘要】： 聚天冬氨酸(Polyaspartic acid,PASP)是一种具有良好生物降解性和优异阻垢分散性能的高分子聚合物。其分子中不含磷,无毒,是一种绿色阻垢剂,可代替聚丙烯酸在工业上使用。作为一种新型的绿色环保水处理剂,近年来对PASP的研究越来越受到关注。 PASP的合成工艺主要是先合成聚琥珀酰亚胺( PSI),然后再水解制备成PASP。PSI的合成方法可分成两类:一类是以L-天冬氨酸为原料直接进行热缩聚合;另一类是马来酸酐和氨水液相聚合。在传统加热方法合成PASP的工艺的研究过程中,发现两种合成过程中都存在着一定的污染问题。本文的研究目的是寻求出成本低,无污染绿色环保的PASP合成方法。并对聚天冬氨酸的合成过程中的主要污染物进行控制研究。 本文采用微波辐射法合成聚天冬氨酸,并对其合成过程中产生的主要污染物进行控制。对以马来酐和氨水为原料的微波合成PASP工艺进行优化研究。测定出微波合成的最佳条件:氨水/马来酐的化学计量数为1.2,微波输出功率为900W,辐射时间3min。对PASP微波合成过程中的污染物进行控制,采用马来酐溶液对合成过程中的氨气进行回收。测定出在通氨气流量为0.6L·min-1,吸收液马来酐与释放氨气浓度比化学计量数为1.2时,可完全将微波反应单元中释放出的氨气吸收。此方法彻底消除了以马来酐和氨水为原料聚合PASP过程中氨气的污染。 采用微波辐射以L-天冬氨酸为原料直接进行单体热缩聚合,在微波辐射功率为900W下,辐射时间4min,聚天冬氨酸的产率可达到96.3%。这种方法合成PASP磷酸催化剂投加量为0,从源头上消除了催化剂污染,是一种绿色生产PASP的工艺。 对以L-天冬氨酸作为原料,单体热缩聚合途径合成聚天冬氨酸工艺优化研究。测定合成的最佳条件为:微波辐射功率900W,微波辐射时间4.5min。通过IR、1H NMR和13C NMR图谱对产物表征分析可确定产物为聚天冬氨酸。 采用静态阻垢评价法对两种方法合成产物的阻垢性能进行了研究。结果表明产物阻垢率均接近100%,与常用的阻垢剂聚丙烯酸(PAA)相比阻垢性能优良。对PASP作为水处理剂影响因素的单因素试验,结果表明:PASP作为水处理剂应用的最适宜条件为:水质pH为8.3以下,适宜水温为80℃,恒温时间20h。 比较四种PASP的合成方法,通过与传统方法的比较,微波辐射法更显优势。而微波法合成的两种方法中,马来酐、氨水法原料价格较便宜,合成过程中产生的氨气污染可完全控制。而L-天冬氨酸单体聚合法无任何污染物但原料价格稍高。