一种环境友好型阻垢缓蚀剂的合成及其性能研究

【摘要】：循环冷却水的化学处理在工业上已有几十年的实践经验。随着工业的迅速发展,对水处理化学品提出了更高的要求。具有阻垢、缓蚀双重性能的新型水处理化学品一直是水处理化学品工作者的努力方向。随着社会的进步和人类环保意识的增强,阻垢缓蚀剂的开发与应用越来越重视环境保护的要求。只有那些没有污染或能很快被生物降解、价廉的高效环境友好型阻垢缓蚀剂,才是真正受人们欢迎的新型水处理化学品。聚天冬氨酸(PASP)属于聚氨基酸中的一类,从环境相容性考虑,可生物降解性使其成为特别有价值的水处理剂。利用后的聚天冬氨酸可有效、稳定地被微生物、真菌降解为对环境无害的最终产物。 本文主要研究以马来酸酐和碳酸铵为原料,优化反应条件,进行了聚天冬氨酸(PASP)的合成,并对其阻垢缓蚀性能进行测试。在对其阻垢缓蚀机理的研究基础上,以聚天冬氨酸为主体,与其他药剂进行复配,并确定最佳配比,研制了一种基于聚天冬氨酸的环境友好型阻垢缓蚀剂,探讨影响药剂阻垢缓蚀性能的因素,最后对复配产品进行了初级生物降解性评价。得出以下结论： (1)合成聚天冬氨酸的最优合成工艺条件为：马来酸酐与碳酸铵(以NH2计)摩尔配比为1:1.2,催化剂用量为1.5mL,聚合反应温度为180℃,聚合反应时间为0.5h。实验的重复性较好,最佳工艺条件具有一定的普遍性,符合合成需要； (2)聚天冬氨酸具有良好的阻CaCO3垢和CaSO4垢性能,最佳投加浓度分别为6mg/L和2mg/L,可应用于高钙离子浓度的水系统,耐温性能较好,在高温水系统中长时间运行,仍有较好的阻垢性能； (3)通过TEM测定CaCO3和CaSO4的垢样晶型,结果表明聚天冬氨酸能破坏CaCO3和CaSO4的晶格结构,破坏晶格的正常生长规律,改变晶格的有序排列,使晶粒趋于细化,水垢变得松散,容易脱落； (4)设计了由聚天冬氨酸、葡萄糖酸钠、Zn2+组成的具有吸附、螯合、沉积作用的复合药剂配方。结果表明,聚天冬氨酸50mg/L、葡萄糖酸钠80mg/L, Zn2+2 mg/L组成的环境友好型阻垢缓蚀剂兼具阻垢、缓蚀的双重功效,阻垢率达到90.15%,缓蚀率达到85.47%； (5)采用振荡培养法评价复配产品的初级生物降解度。结果表明,聚天冬氨酸属于易生物降解的有机物,Zn2+的加入不会对聚天冬氨酸的生物降解产生抑制作用,反而能提高其初期的生物降解度。