楊紅麗，姬彩云

(延安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西延安 716000)

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聚天冬氨酸阻垢劑的制備及性能評(píng)價(jià)

楊紅麗，姬彩云

(延安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西延安 716000)

摘要：聚天冬氨酸具有較好的阻垢效果。采用熱引發(fā)聚合，以馬來(lái)酸酐、氯化銨為原料，制備了綠色阻垢劑聚天冬氨酸，通過正交實(shí)驗(yàn)確定了最佳合成條件，并對(duì)其進(jìn)行了性能評(píng)價(jià)。最佳合成條件為：馬來(lái)酸酐和氯化銨的摩爾比為1 ∶1.2，反應(yīng)溫度為140℃，反應(yīng)時(shí)間為5h。

關(guān)鍵詞：聚天冬氨酸，熱引發(fā)聚合，正交實(shí)驗(yàn)，阻垢率

聚天冬氨酸在化工生產(chǎn)過程中起著非常重要的作用[1]，它可以通過絡(luò)合增溶、晶格畸變、凝聚與分散、再生自解脫膜假說、雙電層作用等機(jī)理起到很好的阻垢效果，而且具有無(wú)毒、可完全生物降解等特點(diǎn)，引起廣大研究者的青睞[2-8]。聚天冬氨酸的合成方法主要有兩種[1]，目前主要以馬來(lái)酸酐及其衍生物和氨、碳酸銨為原料[2，6-8]。本文以馬來(lái)酸酐和氯化銨為原料，通過熱引發(fā)聚合，生成聚琥珀酰亞銨，再水解得到聚天冬氨酸，并對(duì)其阻垢性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1　試劑與儀器

1.1.1試劑

馬來(lái)酸酐、氯化銨、鉻黑T、EDTA、氯化鈣、碳酸氫鈉、鹽酸、乙醇，均為分析純?cè)噭?/p>

1.1.2儀器

酸式滴定管，50mL，一支；錐形瓶，250mL，若干；DHG-9070A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒科技有限公司；數(shù)字控制恒溫水浴箱，北京市長(zhǎng)風(fēng)儀器儀表公司；稱量瓶，若干。

1.2　聚天冬氨酸阻垢劑的制備

將馬來(lái)酸酐與氯化銨按一定比例混合均勻，在設(shè)定溫度下恒溫，反應(yīng)完成后加入一定量的氫氧化鈉溶液，在設(shè)定溫度下水解一定時(shí)間，所得紅棕色透明液體即為聚天冬氨酸的鈉鹽溶液。用鹽酸調(diào)節(jié)pH值至中性，再用乙醇沉析，即得聚天冬氨酸固體。

1.3　阻垢性能測(cè)定[9]

實(shí)驗(yàn)采用靜態(tài)離子含量變化法測(cè)定其阻垢率，碳酸鈣靜態(tài)阻垢試驗(yàn)條件為：ρ(HCO3-)=366mg/L(均以CaCO3計(jì))，ρ(Ca2+)=240mg/L，70℃恒溫10h。以百分率表示的水處理劑的阻垢性能計(jì)算：

式中：x1—加入水處理劑的試液試驗(yàn)后的鈣離子濃度，mg/mL；x—為加入水處理劑的空白試液試驗(yàn)后的鈣離子濃度，mg/mL；x0—試驗(yàn)前配好的試液中鈣離子的濃度，mg/mL。

同等條件下，阻垢率越高，該阻垢劑的阻碳酸鈣垢的效果越好。

2結(jié)果與討論

2.1　合成條件的確定

為了制得價(jià)格低、阻垢效果好的阻垢劑，以原料摩爾比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間為因素設(shè)計(jì)了3因素3水平的正交實(shí)驗(yàn)表L9(33)，各因素的安排及其相應(yīng)水平見表1，實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果見表2。

表1　正交實(shí)驗(yàn)的因子水平表

表2　正交實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果

由表2結(jié)果可知該阻垢劑的最佳合成條件是A1B1C3，即馬來(lái)酸酐和氯化銨的摩爾比為1 ∶1.2，反應(yīng)溫度為140℃，反應(yīng)時(shí)間為5h。

由極差可知，馬來(lái)酸酐和氯化銨的摩爾比對(duì)阻垢效果影響最大。

按正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的最佳反應(yīng)條件制備阻垢劑，在相同條件下其阻垢率為90.69%，大于正交實(shí)驗(yàn)方案中的結(jié)果，確認(rèn)該實(shí)驗(yàn)條件是最佳合成條件。

2.2　阻垢性能評(píng)價(jià)

在正交實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)該阻垢劑進(jìn)行了性能評(píng)價(jià)，討論了馬來(lái)酸酐和氯化銨的摩爾比及投加量對(duì)阻垢效果的影響。

2.2.1馬來(lái)酸酐和氯化銨的摩爾比對(duì)阻垢效果的影響

由正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知馬來(lái)酸酐和氯化銨的摩爾比對(duì)阻垢效果影響最大，本文通過單因素實(shí)驗(yàn)研究了馬來(lái)酸酐和氯化銨的摩爾比對(duì)阻垢效果的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1　馬來(lái)酸酐和氯化銨的摩爾比對(duì)阻垢效果的影響

由圖1可知，阻垢率隨著馬來(lái)酸酐和氯化銨的摩爾比的變化而改變，聚天冬氨酸結(jié)構(gòu)中的羧酸基不但可以利用雙電層作用抑制垢的生成，而且對(duì)鈣鎂離子有較強(qiáng)的螯合能力，可以有效阻止鈣垢的生成，當(dāng)氯化銨比例增大時(shí)，羧酸基含量減少，阻垢能力下降。

2.2.2投加量對(duì)阻垢效果的影響

阻垢劑投加量對(duì)阻垢效果也有影響，在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件下考察投加量對(duì)阻垢效果的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2　投加量對(duì)阻垢效果的影響

由圖2可以看出，阻垢率隨著阻垢劑用量增加而增大，當(dāng)用量為10mg/L時(shí)，阻垢效果最好，繼續(xù)增加用量，阻垢率增長(zhǎng)趨勢(shì)緩慢。聚天冬氨酸是高分子阻垢劑，可以吸附在垢晶表面，利用凝聚和分散作用阻止了垢晶間的聚并，從而達(dá)到阻垢目的。當(dāng)投加量很小時(shí)，增大用量可以大幅提高阻垢效果；當(dāng)投加量繼續(xù)增大，達(dá)到飽和時(shí)阻垢效果增幅減?。蝗衾^續(xù)增大投加量，很可能導(dǎo)致聚天冬氨酸吸附于垢晶表面，使其效果降低。

3結(jié)論

(1)用馬來(lái)酸酐、氯化銨為原料，采用兩步法合成的聚合物對(duì)碳酸鈣垢具有優(yōu)良的阻垢效果。

(2)通過正交實(shí)驗(yàn)，確定的最佳合成條件為：馬來(lái)酸酐和氯化銨的摩爾比為1 ∶1.2，反應(yīng)溫度為140℃，反應(yīng)時(shí)間為5h。

(3)阻垢性能試驗(yàn)結(jié)果表明，產(chǎn)品的投加量和原料(馬來(lái)酸酐和氯化銨)的摩爾比對(duì)阻垢效果都有很大影響。

參考文獻(xiàn)

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[9] SY/T 5673-93 油田用防垢劑性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[S].

Preparation and Performance Evaluation of Poly-aspartic Acid Scale Inhibitor

YANG Hong-li，JI Cai-yun

(Yan’an Vocational & Technical College，Yan’an 716000，Shaanxi，China)

Abstract：Poly-aspartic acid has good scale inhibition effect.Using maleic anhydride and ammonium chloride，poly-aspartic acid was prepared by hot-polymerization.And the optimum reaction conditions were obtained by orthogonal experiment as follows：molar ratio of maleic anhydride/ammonium chloride was 1 ∶1.2，reaction teamprature was 140℃，and reaction time was 5h.

Key words：poly-aspartic acid，hot-polymerization，orthogonal experiment，scale inhibition rate

中圖分類號(hào)：TQ 31，TE 99

通訊作者：楊紅麗，講師，碩士，從事化學(xué)處理劑的教學(xué)和科研；E-mail：yanghongli77@126.com；Tel：13892178354