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2,3-环氧丁二酸-2,3-环氧丙磺酸共聚物的合成及性能评定

刘逸枫  
【摘要】:有机膦酸类化合物及含磷聚合物给水处理技术带来了一次革命,极大地促进了水处理技术的发展。是目前国内外市场上主流的水处理产品,但其大量的使用对环境造成的负面影响已不容忽视。今天,随着环境法规的日趋严格,磷也将列入限制排放之列,磷系配方面临使用受限乃至被淘汰的命运。在此形势下,低磷及无磷的环境友好水处理剂的开发和应用就日益成为国内外关注的焦点。围绕性能和经济目标研究开发环境友好水处理剂成为水处理剂的发展方向。 聚环氧琥珀酸(PESA)不仅对碳酸钙、硫酸钙具有良好的阻垢分散性能,还兼有一定的缓蚀作用,且可生物降解,并适用于高碱、高固水系,已成为国内外水处理剂研究的热点。但是由于聚环氧琥珀酸分子结构中主要为羧基官能团,使其在抑制磷酸钙垢沉积、稳定锌盐等方面效果并不显著。 本文首先在催化剂钨酸钠的存在下,用过氧化氢在醇-水体系中氧化马来酸酐制得了环氧琥珀酸氢钠,在醇水体系中获得的环氧琥珀酸氢钠晶体直接析出,并对其结构进行了表征。又通过环氧氯丙烷与亚硫酸氢钠反应合成得到3-氯-2-羟基丙磺酸钠,然后将3-氯-2-羟基丙磺酸钠与氢氧化钠作用生成了2,3-环氧丙磺酸钠,进一步与环氧琥珀酸钠盐在引发剂氢氧化锂的作用下发生共聚制得了2,3-环氧丁二酸—2,3-环氧丙磺酸共聚物阻垢剂(PECS),用红外光谱和核磁共振对PECS的结构进行了表征,表明得到该共聚物,并通过电喷雾电离质谱分析,在仪器测定范围内确定共聚物的分子量为300~930。确定了优化反应条件:环氧琥珀酸氢钠和3-氯-2-羟基丙磺酸钠摩尔比控制在1:1、反应温度在80℃、反应时间在10h,引发剂用量为原料用量的5%(x)。 本文对不同条件下聚合得到的2,3-环氧丁二酸—2,3-环氧丙磺酸共聚物阻垢剂(PECS)的阻垢分散性能及缓蚀性能进行了评定,并与聚环氧琥珀酸(PESA)做了比较。结果表明:(1)较PESA,PECS对碳酸钙的阻垢率有所下降。在20 mg/L时,所合成的产品对碳酸钙的阻垢率分别为:65.32%、77.49%、83.04%、86.52%、90.19%。阻垢率随环氧琥珀酸氢钠与3-氯-2-羟基丙磺酸钠摩尔比的增大而增大,在所做范围内3:1时(PECS9),阻垢效果最好,10mg几时阻垢率可达87.07%,与同剂量的PESA阻垢性能相当;(2)PECS其阻磷酸钙垢沉积的能力与聚环氧琥珀 摘要 酸相比有了明显的改善。20mg/L时,所合成的PECSS一PECSg系列共聚物对磷 酸钙的阻垢率分别为:87.02%、81.27%、82.39%、62.57%、36.80%;(3)阻硫酸 钙垢的性能比较理想,10mg/L时,PECSS~PECSg对硫酸钙的阻垢率分别为: 92.15%、92.3396、96.22%、96.04%、97.01%。(4)在目前共聚条件下,PECS抑 制锌盐沉积、分散氧化铁的能力较PESA均有不同程度的改善。 此外,极化曲线实验和旋转挂片缓蚀实验的研究表明:PECS是阳极抑制型 缓蚀剂。在两倍自来水介质中的浓度为50mg/L时,PECS对碳钢的缓蚀效果较好, 其缓蚀率在75.150/0,缓蚀效果尚可。对PECS这一新型绿色阻垢剂值得进一步深 入研究。


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