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新型水稳剂二膦酸基庚二酸(DPPA)的合成及性能研究

林晓霖  
【摘要】: 根据分子构效理论,设计并合成了一种新型有机膦羧酸水质稳定剂—2,6-二膦酸基庚二酸(DPPA)。该水稳剂分子中只含有膦酸基和羧基,含磷量只有20.4%,含磷量比目前常用的二乙烯三胺五甲叉膦酸(DETPMP)的含磷量22.83%低,可见新型水稳剂更加符合环保要求;新型水稳剂含有的膦酸基个数比2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸(PBTCA)分子多一个,可以预期其缓蚀阻垢效果不比PBTCA差;新型水稳剂含氧量(52.64%)与PBTCA含氧量(53.31%)几乎相当,而比DETPMP含氧量(44.26%)高出8%,这意味着新型水稳剂更易于生物降解。 研究以庚二酸、液溴、亚硫酰氯为主要原料,经酰卤化、溴化、酯化三步(一锅法)合成出2,6-二溴代庚二酸二乙酯,然后在碱性条件下,与亚磷酸二乙酯反应,再水解后得到产品。通过产物的磷元素分析和红外光谱,确定了产物的结构式。 采用鼓泡法测定了合成药剂的阻垢率,采用正交试验方法探讨了该药剂的浓度、溶液pH值、钙离子浓度、反应时间等对阻垢性能的影响。试验结果表明:在钙硬为240 mg/L、pH为6.5、水温60℃、加药量40 mg/L、阻垢时间6 h的实验条件下,合成产物对CaCO_3的阻垢率达到97.3%;各类因素对阻垢率的影响次序为:pH>温度>药剂量>硬度。 与常用阻垢剂DETPMP和PBTCA的阻垢对比试验结果表明:在低硬度条件下,DPPA阻垢效果比PBTCA、DETPMP好。但是在高硬度水样中,不如DPPA和DETPMP的阻垢效果好。 采用旋转挂片失重法分别考察了合成产品在单独使用、预膜处理和锌盐复配的情况下的缓蚀性能。结果表明:合成产物在pH为7、药剂用量为20 mg/L的条件下,单独使用时A3钢片的缓蚀率为72.28%;用浓度为120 mg/L产物预膜处理后,在10 mg/L运行浓度条件下,A_3钢片的缓蚀率90%以上;与4mg/L Zn~(2+)复配时有良好的协同效应,只需加入10 mg/L DPPA的药剂量,缓蚀率可达到92.92%。在药剂对碳钢缓蚀效果的最佳条件下:铜片用120 mg/L DPPA加6 mg/L的Zn~(2+)预膜24 h,然后在10 mg/L的DPPA和2 mg/L的Zn~(2+)条件下运行6小时,其缓蚀效果可达94.06%。 研究结果表明,合成产品具有良好的阻垢缓蚀性能,可应用于工业循环冷却水处理系统中。


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