樊大勇，崔小明

水處理劑聚天冬氨酸的合成和應(yīng)用研究進展

樊大勇，崔小明

中國石化北京化工研究院燕山分院，北京 102500

隨著日漸嚴格的環(huán)保要求，低磷、無磷的綠色水處理劑已成為水處理技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點。聚天冬氨酸（PASP）是一種具有良好阻垢、緩蝕以及生物降解性能的綠色水處理劑，在循環(huán)冷卻水、油田注水等方面應(yīng)用廣泛。本文介紹了我國PASP合成、改性技術(shù)及其應(yīng)用研究進展，建議不斷完善PASP合成工藝，降低成本，通過改性和復配技術(shù)以進一步改善提高PASP性能，滿足我國水處理實際應(yīng)用需求。

聚天冬氨酸 水處理劑 合成改性 生物降解 阻垢 緩蝕

近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，工業(yè)用水量明顯增加。在工業(yè)水系統(tǒng)中常溶解大量陰、陽離子，當用水過程中發(fā)生壓力、溫度及濃縮等變化時，會使體系中的無機鹽離子濃度過飽和，進而析出形成水垢，生成的水垢類型主要有CaCO3、CaSO4、Ca3（PO4）2、BaSO4、FeO3等［1］，其中CaCO3垢最為常見。這些垢在設(shè)備表面沉降而降低設(shè)備的使用效率，影響工業(yè)裝置的正常運行，嚴重時可造成管道堵塞影響傳熱效率［1］，給工業(yè)生產(chǎn)帶來安全隱患和經(jīng)濟損失。對于在工業(yè)水循環(huán)體系中最易發(fā)生的CaCO3結(jié)垢問題，最常見的處理方式是通過添加阻垢劑來抑制結(jié)垢。少量阻垢劑的投加，不僅可起到阻垢效果，還對金屬管道具有緩蝕抑菌作用。目前，常用的水處理阻垢劑主要有聚磷酸鹽、有機膦酸、膦羧酸、聚羧酸及其復合配方等。這些水處理劑雖具有優(yōu)良的阻垢性能，但是由于這些阻垢劑中有的含有磷，排入水體容易造成水體富營養(yǎng)化，造成水體污染，且難以生物降解［1-2］。因此，開發(fā)綠色無毒害、可生物降解的環(huán)境友好型水處理劑已成為水處理技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點。

聚天冬氨酸（PASP）是20世紀90年代初由美國Donlar公司開發(fā)的一種無毒無污染、可生物降解的綠色環(huán)保型水處理劑，其外觀為黃色至紅棕色液體，CAS為181828-06-8，固體質(zhì)量分數(shù)≥40%，密度（20 ℃）≥1.20 g/cm3，pH （1%水溶液）為9～11。PASP是帶有羧基側(cè)鏈的聚氨基酸，具有螯合和分散作用，能與其他緩蝕阻垢劑共存協(xié)同作用，可有效抑制CaSO4、BaSO4、CaCO3和Ca3（PO4）2結(jié)垢，還可用于分散Fe2O3和ZnO，具有一定的緩蝕作用，在工業(yè)冷卻循環(huán)水、反滲透水、油田回注水、金屬切削液、鍋爐和蒸汽管路等水處理領(lǐng)域應(yīng)用廣泛［2-3］。PASP的合成與應(yīng)用成為近年來水處理劑領(lǐng)域的研究熱點。我國從20世紀90年代后期開始生產(chǎn)PASP，目前生產(chǎn)企業(yè)有山東遠聯(lián)化工股份有限公司、山東泰和水處理科技股份有限公司、浙江江山化工股份有限公司等，并且生產(chǎn)的PASP在水處理領(lǐng)域獲得了一定的應(yīng)用。本文介紹了PASP的合成方法及其應(yīng)用研究進展，并對其今后的發(fā)展提出建議。

1　合成技術(shù)研究進展

1.1　合成工藝分類

目前，PASP的合成主要有兩種工藝技術(shù)：第一種是以L-天冬氨酸單體為原料的L-天冬氨酸法，是指在一定條件下通過高溫縮聚、堿性條件下水解以及中和等后續(xù)精制步驟得到產(chǎn)品PASP（圖1）。第二種是以馬來酸酐、馬來酸或富馬酸和其他能產(chǎn)生氨氣的含氮化合物為原料的順酐法。此方法首先由原料制取中間體聚琥珀酰亞胺，然后聚琥珀酰亞胺發(fā)生水解反應(yīng)制取PASP鹽，再將PASP鹽酸化制取PASP，最后再將PASP及其鹽進行分離純化得到產(chǎn)品PASP［4-5］（圖2）。

圖1　天冬氨酸法合成PASP工藝路線

圖2　順酐法合成PASP工藝路線

雖然采用以上兩種工藝技術(shù)制備的PASP的阻垢、分散、螯合等性能相當，但是，以L-天冬氨酸為原料進行固相熱縮聚合生產(chǎn)工藝時，雖具有天冬氨酸來源廣、生產(chǎn)工藝簡單、轉(zhuǎn)化率高以及無污染等優(yōu)點，但由于固體L-天冬氨酸呈離子晶體狀態(tài)、顆粒粒徑較大、結(jié)晶度高、內(nèi)部結(jié)構(gòu)密實，這導致固相熱縮聚合反應(yīng)傳熱慢、反應(yīng)不均勻、能耗大，最終影響PASP的阻垢性能。此外，原料L-天冬氨酸比較昂貴，導致生產(chǎn)成本高，因此，存在市場競爭力差等劣勢［4-5］。

雖然順酐法合成所得產(chǎn)品的分子量較低，但在阻垢劑、緩蝕劑等方面仍具有很好的應(yīng)用，加上其具有較好的經(jīng)濟性，故成為目前研究開發(fā)的熱點。目前，PASP大都以馬來酸酐為原料采用順酐法工藝進行合成。

1.2　研究進展

目前，PASP的研究開發(fā)重點主要集中在合成工藝及改性技術(shù)方面。

1.2.1合成工藝技術(shù)

程終發(fā)等［6］開發(fā)出一種利用L-天門冬氨酸合成PASP的工藝。該方法是將L-天門冬氨酸在催化劑存在或不用催化劑的條件下進行熱縮聚得到聚琥珀酰亞胺固體粉末，然后在堿性條件下水解得到PASP。該工藝的整個生產(chǎn)過程不產(chǎn)生任何對環(huán)境造成污染的“三廢”及副產(chǎn)物，具有生產(chǎn)過程簡單、易于控制等優(yōu)點，但是存在所得產(chǎn)物分子量分布窄、色澤淺等不足。

程志林等［7］開發(fā)出一種利用離子液體合成PASP的方法。該方法是以馬來酸酐、含氮化合物和水按照1∶（1～2）∶（1.5～2.5）的質(zhì)量比，在常壓以及60～90 ℃溫度下，經(jīng)過1～3 h反應(yīng)得到馬來酸銨；在馬來酸銨溶液中加入1%～5％的酸性離子液體作為催化劑，在常壓以及160～200 ℃溫度下發(fā)生聚合反應(yīng)生成聚琥珀酰亞胺；聚琥珀酰亞胺在pH 10～12、20～40 ℃條件下水解得到產(chǎn)品。該方法不僅綠色環(huán)保，而且離子液體催化劑可以重復使用，可降低生產(chǎn)成本。

唐量［8］開發(fā)出一種利用馬來酸酐和氨氣合成PASP的方法。該方法是在密閉反應(yīng)器中使熔融的馬來酸酐與氨氣進行反應(yīng)，待反應(yīng)結(jié)束后，吸收剩余氣體，加入NaOH溶液，進行中和反應(yīng)，得到馬來酰胺酸鈉和馬來酰胺酸銨的混合物；再將此混合物在密閉反應(yīng)器中直接升溫、攪拌下進行縮聚反應(yīng)，待縮聚反應(yīng)結(jié)束后蒸干水分，得到聚琥珀酰亞胺固體；在另一反應(yīng)釜中加入水后開啟攪拌，加入聚琥珀酰亞胺固體后，緩慢加入NaOH溶液，升溫進行水解反應(yīng)，得到PASP溶液。該方法簡化了PASP的生產(chǎn)工藝，所得的PASP可滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Ψ肿恿康囊?，且生產(chǎn)工藝環(huán)保，生產(chǎn)成本較低。

張玉玲等［9］采用微波半溶劑法合成PASP。首先以馬來酸酐或富馬酸和氨水或銨鹽為原料，加入少量溶劑，在微波頻率為（915±50） MHz或（2 450±50） MHz、功率為200～20 000 W的條件下，輻射1～40 min，合成低分子量的聚琥珀酰亞胺（PSI-I），此時溶劑全部回收；接著以PSI-I為原料，在無溶劑、微波頻率相同、功率為400～50 000 W的條件下輻射1～30 min，得到高分子量的聚琥珀酰亞胺（PSI-II）；PSI-II再經(jīng)過水解得到較高分子量的PASP。該方法不僅工藝簡單、無需溶劑分離、反應(yīng)速度快、產(chǎn)率高、節(jié)能、污染少，而且還可以提高產(chǎn)品的分子量和阻垢性能，但對設(shè)備的要求相對較高。

童東紳等［10］開發(fā)出一種合成PASP的新方法。該方法是將馬來酸酐加入反應(yīng)釜中，接著向反應(yīng)釜中添加去離子水，然后以25～35 mL/min的速率通入氨氣，其中馬來酸酐與去離子水的質(zhì)量比為1∶（0.1～1），馬來酸酐與氨氣的摩爾比為1∶（0.1～3）；通完氨氣后，加熱至60～100 ℃反應(yīng)20～40 min，然后繼續(xù)升溫至140～240 ℃聚合反應(yīng)1～10 h；反應(yīng)結(jié)束后，將紅褐色液體倒入分液漏斗并加入無水乙醇，萃取分液得到聚天冬氨酸黏稠物，干燥后即得到產(chǎn)物PASP。該方法可以實現(xiàn)一步法合成PASP，工藝簡單，能夠大幅提高生產(chǎn)效率，并降低成本，可實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。

陳煥新等［11］以液氨和馬來酸酐為原料合成PASP，研究了馬來酸酐與液氨的摩爾比、順丁烯二酸銨鹽合成溫度和時間、聚合反應(yīng)溫度和時間以及水解pH等對聚丁二酰亞胺產(chǎn)率和PASP分子質(zhì)量的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)較佳的反應(yīng)條件為（順酐）∶（液氨）=1∶1.2、順丁烯二酸銨鹽合成溫度為85 ℃、反應(yīng)時間為2 h、聚合反應(yīng)溫度為210 ℃、聚合反應(yīng)時間為4 h、水解pH為9，在無催化劑條件下，聚丁二酰亞胺產(chǎn)率可高達95%以上。

童東紳等［12］開發(fā)出一種固體酸催化劑一步催化合成PASP的方法。該方法是將順丁烯二酸酐放入反應(yīng)釜中，加入去離子水，通冷卻水冷卻，接著滴加氨水，反應(yīng)結(jié)束后排出水分；再向反應(yīng)釜中加入酸改性蒙脫土催化劑和液體石蠟，升高溫度至聚合溫度進行反應(yīng)，待反應(yīng)后通冷卻水冷卻，放出反應(yīng)液；將反應(yīng)液中的液體石蠟倒出回收，得到紅棕色黏稠液體后置于反應(yīng)器中，向反應(yīng)器中加入去離子水后過濾，濾液用沉淀劑沉析、分液，濾紙干燥得到PASP。因為該方法采用新型固體酸催化劑，因此可提高PASP的分子量。另外，通過加入稍過量的氨水，將聚合和水解反應(yīng)在一個體系中進行，可簡化合成工藝，有利于實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。

1.2.2改性技術(shù)

由于PASP分子中官能團種類單一，導致其性能單一，應(yīng)用受到限制，因此PASP改性成為研究的主流方向。

楊玉華等［13］公開了一種-二羰基化合物改性PASP的制備方法。該方法是以水為溶劑，在NaOH的催化下，聚琥珀酰亞胺與-二羰基化合物反應(yīng)得到-二羰基化合物改性PASP。采用該方法可獲得阻垢效率高的生態(tài)型改性PASP，具有穩(wěn)定的、適宜的黏均分子量。

陳建新等［14］公開了一種帶有席夫堿結(jié)構(gòu)改性PASP的合成方法。該方法是將順酐加入裝有蒸餾水的反應(yīng)器中，于30～60 ℃水浴攪拌，然后將氨水滴加到反應(yīng)器內(nèi)，60～100 ℃反應(yīng)0.5～3 h；在Ar條件下油浴升溫至180～240 ℃，反應(yīng)20～40 min，再加入，-二甲基甲酰胺，使黏稠狀物質(zhì)溶解，反應(yīng)得到產(chǎn)物聚琥珀酰亞胺；將聚琥珀酰亞胺和硫代卡巴肼（CD）溶于裝有蒸餾水的反應(yīng)器中，加熱攪拌6～12 h后得到產(chǎn)物PASP/CD；最后將PASP/CD的水溶液和對氯苯甲醛的乙醇溶液加熱回流得到帶有席夫堿結(jié)構(gòu)的改性PASP。采用該方法制備的帶有席夫堿結(jié)構(gòu)的改性PASP緩蝕劑的主鏈屬于可生物降解聚合物，且緩蝕率可以達到90%以上。

柳鑫華等［15］為了增強PASP阻垢性能，對其進行改性研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：用29.4 g馬來酸酐通過聚合法得到前驅(qū)體聚琥珀酰亞胺，以聚琥珀酰亞胺量的1/2為母體，以硫脲對其進行開環(huán)，當硫脲用量1 g、改性縮聚溫度100 ℃、反應(yīng)時間2.5 h時，獲得阻垢效果最佳的改性PASP。通過紅外光譜分析證實了硫脲的一個氨基與原支鏈上的羧基發(fā)生縮合生成酰胺鍵，在PASP側(cè)鏈上增加了新的官能團而使其阻垢率提高。

許英等［16］公開了一種PASP接枝共聚物及其合成方法。該方法是以馬來酸酐和尿素為原料，在油浴條件下，向四口燒瓶中加入馬來酸酐、蒸餾水、尿素及1∶1磷硫混酸，機械攪拌1～2 h后，將產(chǎn)物移至固相反應(yīng)裝置至黏均分子量為5 000～10 000時冷卻，加蒸餾水洗滌，真空抽濾并烘干得到聚琥珀酰亞胺；取一定量聚琥珀酰亞胺和水混合形成懸濁液，將色胺與適量水混合，緩緩加入懸濁液中，反應(yīng)24 h；調(diào)節(jié)pH后，將溶液滴入無水乙醇中，去上清液，真空干燥24 h，得到PASP/色胺接枝共聚物。該方法制得的綠色高效、無毒無磷、可生物降解且有熒光性的水處理劑，用于工業(yè)循環(huán)冷卻水處理中，可降低工業(yè)用水的二次污染和水體的富營養(yǎng)化等。

李艷艷［17］公開了一種側(cè)基含咪唑環(huán)和長鏈烷烴的PASP緩蝕劑及其制備方法。該方法是聚琥珀酰亞胺在溶劑中與烷胺化合物和2-氨基咪唑反應(yīng)，最后調(diào)節(jié)pH至8～10水解剩余的二酰亞胺基團即可制得所需緩蝕劑，所述烷胺化合物為C6～C18的烷烴化合物。采用該方法制備的PASP緩蝕劑具有親水主鏈和疏水側(cè)鏈，親水主鏈以及短鏈側(cè)基咪唑通過親疏水作用或配位作用在金屬表面穩(wěn)定地附著成膜，隔離腐蝕因子與金屬直接接觸；疏水側(cè)鏈介入水介質(zhì)排斥腐蝕因子，起第二道防護作用。此外，該PAPS緩蝕劑制備原料來源廣泛，工藝過程簡單、環(huán)保，適合工業(yè)化生產(chǎn)。

黃凱等［18］公開了一種含羧酸基和磺酸基的PSAP衍生物的制備方法。該方法是以天冬氨酸為原料，采用固相熱縮聚法得到聚琥珀酰亞胺，聚琥珀酰亞胺水溶解后，同時滴加2-氨基乙磺酸鹽和谷氨酸鹽水溶液，調(diào)節(jié)溶液pH為8～10，反應(yīng)溫度為10～30 ℃，反應(yīng)時間為18～26 h，得到紅棕色透明溶液；用無水乙醇析出固體，減壓抽濾，用丙酮洗滌，得到黃棕色固體產(chǎn)物，真空干燥后得到含磺酸基和羧酸基的PAPS衍生物。該方法通過在PASP結(jié)構(gòu)中引入羧酸基和磺酸基，提高了其阻垢分散綜合性能，阻垢緩蝕效果良好，并具有良好的可生物降解性能。

2　應(yīng)用研究進展

2.1　改性應(yīng)用研究

PASP經(jīng)過改性之后，分子結(jié)構(gòu)中含有多種官能團，提高了阻垢的綜合能力和分散性，擴大了應(yīng)用范圍。

王曉慧等［19］為提高PASP的腐蝕抑制效率，采用組胺作為改性劑，通過開環(huán)聚合反應(yīng)合成了聚天冬氨酸/組胺化合物（PASP/HA）。采用旋轉(zhuǎn)掛片質(zhì)量損失法對PASP/HA化合物在不同條件下（藥物濃度、溫度、pH、加熱時間）的緩蝕性能進行評價，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：隨著藥物濃度的增加，PASP/HA化合物的緩蝕率不斷提高；PASP/HA化合物的緩蝕效果優(yōu)于PASP，耐溫緩蝕性能優(yōu)良；PASP/HA化合物的緩蝕率隨著浸泡時間的延長而下降，但在浸泡120 h后仍能夠保持70%以上；PASP/HA化合物在酸性介質(zhì)中可表現(xiàn)出優(yōu)異的緩蝕性能。

岑世宏等［20］通過氨基開環(huán)的方法合成了聚天冬氨酸/3，5-二氨基苯甲酸（3，5-DMBA）接枝共聚物（PASP/3，5-DMBA），采用靜態(tài)阻垢、動態(tài)腐蝕等方法考察該共聚物的阻垢和緩蝕性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：3，5-DMBA的引入可有效改善PASP的阻垢與緩蝕性能，尤其在較低的濃度下對CaSO4和Ca3（PO4）2的阻垢性能有明顯的提高。當PASP/3，5-DMBA藥劑用量分別為1.25和6 mg/L時，其對CaCO3、CaSO4的阻垢效率接近100%；當用量為18 mg/L時，對Ca3（PO4）2的阻垢效率可達75%。

張玉玲等［21］為提高PASP抑制CaCo3結(jié)垢的性能，改性合成了新型產(chǎn)品天冬氨酸-衣康酸共聚物（PAI）。采用靜態(tài)阻垢法，考察不同水質(zhì)條件對PAI阻垢性能的影響，并與改性產(chǎn)品天冬氨酸-賴氨酸共聚物（PAL）和市售PASP進行了對比，從動力學角度考察了PAI、有機膦系阻垢劑2-膦酸基丁烷-1，2，4-三羧酸（PBTCA）和PASP在特定條件下阻垢效果的差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在相同實驗條件下，PAI對CaCO3垢的阻垢率最高可達90.12%，略優(yōu)于PAL，明顯高于PASP；CaCO3在不同阻垢劑作用下的結(jié)晶生長速率常數(shù)（）分別為（PBTCA）=30.39<（PAI）=34.806<（PASP）=40.557。這表明PAI是阻垢性能優(yōu)異的新型改性產(chǎn)物，適用于水質(zhì)條件不穩(wěn)定和水力停留時間較長的用水系統(tǒng)。

王謙等［22］以L-肌肽為開環(huán)介質(zhì)在堿性條件下進行開環(huán)反應(yīng)合成PASP/L-肌肽。采用靜態(tài)阻垢法考察PASP/L-肌肽對CaCO3垢和Ca3（PO4）2垢的阻垢性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：當阻垢劑用量為1.25 mg/L時，PASP/L-肌肽對CaCO3垢的阻垢率可以達到100%；當阻垢劑用量為8 mg/L時，PASP/L-肌肽對Ca3（PO4）2垢的阻垢率可達90%以上，優(yōu)于PASP。PASP/L-肌肽對高溫和高磷酸根濃度擁有較強的耐受性。

2.2　復合應(yīng)用研究

由于結(jié)構(gòu)上的特點，未改性PASP單獨使用時，阻垢和緩蝕性能不是很理想。當PASP與其他緩蝕劑、阻垢劑等水處理劑復合后，可以充分發(fā)揮試劑之間的協(xié)同增效作用，提高綜合性能，并減少試劑使用量，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。

馬晨曦等［23］采用靜態(tài)質(zhì)量損失法研究聚環(huán)氧琥珀酸（PESA）、PASP和葡萄糖酸鈉（Glu） 3種單組分緩蝕劑對碳鋼的緩蝕性能，然后將3者進行正交復配，得到一種緩蝕效果優(yōu)良的新型無磷復合型緩蝕劑PESA/PASP/Glu，考察不同因素對其緩蝕性能的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：該復合緩蝕劑的最佳使用質(zhì)量濃度為1 000 mg/L，此時緩蝕率達到94.6%；緩蝕率隨時間的延長逐漸下降，但48 h時依然維持在70%以上；緩蝕率隨溫度的升高稍有降低，但80 ℃時仍然能達到86.5%；緩蝕率隨pH的增加而上升，在pH為12時其可達到96.5%，幾乎完全抑制碳鋼的腐蝕。

呂小改等［24］研究PASP與聚丙烯酸（PAA）、ZnSO4、PBTCA的協(xié)同性能與作用機制，結(jié)果表明：當PASP、PAA、ZnSO4和PBTCA的質(zhì)量濃度分別為40、30、4和8 mg/L時，復合試劑對CaCO3垢的阻垢率可以達到95.04%，緩蝕率可以達到90%，顯示出優(yōu)秀的協(xié)同增效性能。

張柏鴻等［25］通過靜態(tài)阻垢試驗后發(fā)現(xiàn)：當PASP與羥基亞乙基二膦酸按質(zhì)量比1∶1混合使用后，阻垢性能優(yōu)于任一單體；在PASP與PBTCA使用量1∶1（質(zhì)量比）的條件下，復配制得緩蝕阻垢劑。復合緩蝕阻垢劑投加量為30 mg/L時，緩蝕阻垢效果顯著。

程玉山等［26］對PASP、苯并三氮唑（BTA）、鎢酸鈉（Na2WO4）和葡萄糖酸鈉進行四元復配研究，通過正交試驗得到最佳配比：（PASP）∶（BTA）∶（Na2WO4）∶（葡萄糖酸鈉）是10∶0.5∶20∶10（總質(zhì)量濃度為40.5 mg/L），該配方對銅的阻垢率和緩蝕率分別為99.22%和0.000 6 mm/a，具有較好的阻垢緩蝕效果。

閆美芳［27］將PASP、丙烯三羧酸-丙烯酸共聚物、葡萄糖酸鈉和鋅鹽按一定比例復配成多元無磷復合水處理劑，并對其緩蝕和生物降解性能進行了評定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：當復合試劑中的PASP為4 mg/L、丙烯三羧酸-丙烯酸共聚物為8 mg/L、葡萄糖酸鈉為20 mg/L、鋅鹽為2 mg/L時，對碳鋼的腐蝕率為0.018 0 mm/a，緩蝕率達98.01%。在Cl-和SO42-含量較高的復雜水質(zhì)體系中，緩蝕率仍能達90%以上。在28 d后，生物降解率達87.5%。該復合試劑適用于高硬度和高堿度等復雜水質(zhì)體系。

王鋼等［28］用靜態(tài)掛片法、靜態(tài)阻垢法、正交法結(jié)合塔菲爾極化曲線法研究了PASP和Na2WO4等在高濃縮倍率循環(huán)水條件下對304不銹鋼的緩蝕阻垢性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在高濃縮倍率循環(huán)水條件下，用鋅鹽做添加劑（2 mg/L），當緩蝕劑總質(zhì)量濃度為80 mg/L時，PASP和Na2WO4復配對不銹鋼具有良好的緩蝕阻垢效果，其最佳復合配方為40 mg/L PASP+40 mg/L Na2WO4。兩者復配對不銹鋼的緩蝕具有明顯的協(xié)同效應(yīng)。

劉英華等［29］研究了PASP及其與鉬酸鈉和十二烷基硫酸鈉復配對碳鋼在自來水中的緩蝕性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：緩蝕效率隨PASP濃度的增加而增大。當PASP質(zhì)量濃度為1.0 g/L時，緩蝕率達61.4%；單獨使用0.1 g/L聚天冬氨酸時，緩蝕率只有25.8%；當添加0.1 g/L PASP與0.1 g/L鉬酸鈉進行復配時，緩蝕率提高到73.95%；當添加0.1 g/L的PASP與0.05 g/L十二烷基硫酸鈉復配時，緩蝕率提高到70.71%。PASP與鉬酸鈉和十二烷基硫酸鈉的復配均具有正協(xié)同作用。

鄒鵬等［30］研制了一種高效的綠色阻垢緩蝕劑，其組成為PASP、PAA和PBTCA，通過碳酸鈣沉積法對PASP及其復配物的阻垢性能進行了實驗，得到其最優(yōu)配方為（PASP）∶（PAA）∶（PBTCA）=6∶1∶1。在測試條件下，該復配物阻垢率能達到91.71%，對碳鋼的緩蝕率可達到92.23%，是一種性能優(yōu)良的阻垢緩蝕劑。

楊耀輝等［31］采用靜態(tài)阻垢法，研究了PASP與氨基三甲叉膦酸（ATMP）復配體系的協(xié)同效應(yīng)，考察阻垢劑添加量、溫度、pH、Ca2+濃度、HCO3-濃度對阻垢性能的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：復配體系的阻垢性能較單一阻垢劑好，當（PASP）∶（ATMP）為2∶3時，阻垢性能最優(yōu)，當復合阻垢劑PASP-ATMP投加量為5 mg/L時，阻垢率高達93.04%。復配體系阻垢性能隨溫度、pH、Ca2+濃度、HCO3-的增加雖然有所下降，但仍表現(xiàn)出一定鈣容忍度及適合高pH、高HCO3-環(huán)境使用等特性。

孟祖超等［32］以PASP為主劑，將其與水解聚馬來酸酐（HPMA）進行復配，研制了一種適合弱堿性條件的新型緩蝕阻垢劑。通過靜態(tài)阻垢實驗、塔菲爾極化曲線法、交流阻抗法及靜態(tài)質(zhì)量損失法研究了該緩蝕阻垢劑在弱堿性介質(zhì)中的阻垢和緩蝕性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：該緩蝕阻垢劑屬于混合型緩蝕劑，在弱堿性介質(zhì)中表現(xiàn)出了較好的阻垢和緩蝕效果。

3　結(jié)論與展望

隨著環(huán)保法規(guī)的日益嚴格和人類環(huán)保意識的增強，高效環(huán)保、無磷、可生物降解和單劑多效的綠色水處理劑仍將是今后研究開發(fā)的重點，水處理劑的綠色化、多功效化是長期發(fā)展的趨勢。隨著我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出以及環(huán)保法規(guī)的日益嚴格，可生物降解、環(huán)境友好、阻垢和緩釋性能優(yōu)異的水處理劑PASP仍將具有很好的發(fā)展前景。

在生產(chǎn)技術(shù)方面，今后應(yīng)該進一步優(yōu)化合成條件，開發(fā)新型催化劑，改進合成方法，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量和性能；采用新方法的制備過程應(yīng)該環(huán)保高效，原料成本低，符合經(jīng)濟效益，有利于工業(yè)生產(chǎn)。合成的產(chǎn)品不僅應(yīng)該具有優(yōu)異的阻垢性和緩蝕性，而且還應(yīng)該可生物降解，綠色環(huán)保。

進一步加大PASP與其他試劑的復配研究，充分發(fā)揮不同功能的協(xié)同作用以提升處理效果，降低使用成本，擴大應(yīng)用領(lǐng)域。但要注意：復配后產(chǎn)品除了性能之外，還應(yīng)該環(huán)?；?，以免產(chǎn)生二次污染。

對于PASP的改性，今后應(yīng)探索新的改性方法，優(yōu)化合成條件，通過新型活性基團的引入，進一步提高PASP的綜合性能。此外，還應(yīng)該注重簡化工藝操作和反應(yīng)條件的控制，提高經(jīng)濟性，開發(fā)出適合產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的工藝，進一步擴大PASP在我國水處理領(lǐng)域的應(yīng)用，提升我國水處理技術(shù)水平。

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Research progress in synthesis and application of water treatment agent polyaspartic acid

FAN Dayong，CUI Xiaoming

，，，102500，

With the increasingly strict requirements of environmental protection， green water treatment agents with low phosphorus and no phosphorus have become the research focus in the field of water treatment technology. Polyaspartic acid （PASP） is a green water quality stabilizer with good scale inhibition， corrosion inhibition and biodegradation performance， which is widely used in circulating cooling water and oilfield water injection. The progress of synthesis， modification and application of PASP in China was introduced. In order to meet the practical application demand of water treatment in China， the suggestions of improving synthesis process，reducing the cost were proposed to improve the performance by modification and compound technology.

polyaspartic acid； water treatment agent； synthesis modification； biodegradation； scale inhibition； slow-release

2021-11-18

樊大勇，高級工程師；研究方向：水處理藥劑應(yīng)用；E-mail：fandy.bjhy@sinopec.com

［責任編輯 荀志金］