聚天冬氨酸改性研究开题报告

1. 研究目的与意义

随着工业生产的规模化和人口的急剧增加，水资源严重匮乏。由于冷却水用量占工业用水的60-70%，所以合理节约冷却水尤为重要。节约冷却水的主要方法是提高冷却水的循环利用率，加大冷却水的浓缩倍数，但这又会给冷却水系统带来了严重的腐蚀和结垢等问题，同时也对水处理药剂提出了更高的要求，以保证循环冷却水系统在高硬度、高碱度、高氯离子或高浓度有机污染物等条件下的正常运行。本产品在调研国内外水处理剂生产最新动向后，经大量反复实验室和现场试验，采用合成方法对聚天冬氨酸进行改性研究。用水按照类别可分为农业用水、工业用水和生活用水三大类。在考虑节水策略上就可以针对该分类逐一展开。在这三类用水中，工业生产是用水大户，目前我国工业万元产值用量是发达国家的5-10倍，因此压缩工业用水量是节水的一个重要方面^[2]。工业生产中由于水具有热容量大、传热效果好、化学稳定性好、常温下呈液态、便于管道运输、来源广泛、价格较低等优点，水常被用作为冷却介质。而在各国工业用水总量中，冷却水所占比例最大。在我国，冷却水量约占工业用水总量的50%-80%。因此如果能够有效的利用工业冷却水，就可以节省大量的水资源，缓解我国淡水资源紧张的局面^[4]。冷却水在循环几次后水质可能变化不大，但是长期循环使用，水中某些溶解物会浓缩或散失，设备内尘土积累，微生物滋长，这些都会引起循环水设备的垢污沉积以及设备金属表面腐蚀。污垢沉积到传热面上，会影响传热的正常进行，使换热效率下降，消耗和浪费能量。严重时甚至会使换热器阻塞，系统阻力增大，生产能耗增加，产量下降。污垢还会引起间接腐蚀、滋生微生物，造成输水困难。有时甚至会造成车间的非正常停产。因此，必须采取有效的措施预防这些问题的发生，才能让工业用水循环多次使用以达到节水的目的。向冷却水循环系统中投加水处理剂就是一种普遍、经济、有效的化学处理手段。但是随着工业用冷却水进水水质逐渐复杂，工业废水排放标准的日益严格，在21世纪一系列高效、经济、环保的水处理剂将会在水处理剂市场上得到人们的青睐。与含磷水处理剂相比，无磷类水处理剂具有如下优点：

（1）可减轻水质的富营养化，从而减少循环水杀菌灭藻剂的用量，同时减轻环境二次污染；

（2）避免循环水系统中因磷酸盐水解而形成ca₃(po₄)₂垢，提高换热设备的传热系数，降低能量消耗；

2. 国内外研究现状分析

在工业水处理领域中，由于聚天冬氨酸(pasp)对某些金属的分散性能、对某些垢的阻垢性能或缓蚀性能还不够理想，所以人们开始采用化学方法对pasp进行改性，以提高pasp的综合性能。因此pasp衍生物的合成及其性能的测试己经成为国内外研究的热点。近几年，我国也对pasp共聚物进行了大量的研究，包括改性原料、原料配比的选择;产物阻垢性能、缓蚀性能、分散性能以及生物降解性能的测定等。根据所引入基团类别的不同，将pasp共聚物分为几类逐一介绍。

梁志群等合成了含羟基的聚天冬氨酸衍生物，并与pbtca进行复配，研究了聚天冬氨酸衍生物及其复配物阻碳酸钙、硫酸钙和磷酸钙垢性能。结果表明在pasp分子中引入羟基能显著提高阻磷酸钙垢的能力，但是其阻碳酸钙和硫酸钙垢能力不如pasp；ae-pasp和pbtca复配具有很好的协同增效阻垢作用，可大大提高阻垢效果。

李江华等采用磷酸作催化剂，以l-天冬氨酸热聚合，再与三乙醇胺化合的方法合成了一种不含磷的环保型阻垢剂聚天冬氨酸衍生物。实验研究发现，聚天冬氨酸衍生物的阻垢性能优于聚天冬氨酸，在使用质量浓度为8 mg/l时，该阻垢剂对碳酸钙垢的阻垢率就已超过85% ，10 mg/l时对硫酸钙垢的阻垢率超过90%，试剂的阻垢性能受循环冷却水的温度和ph影响不大，对温度不超过80℃，ph不高于9.5条件下运行的循环冷却水系统有很好的阻垢作用。

高利军等合成了n-(2-磺酸基乙基)天冬酰胺/天冬氨酸共聚物，将聚琥珀酰亚胺（psi）悬浮于水中，加入一定量的2-氨基乙磺酸（aes）和naoh的混合溶液，室温下磁力搅拌反应24 h，加入适量naoh溶液使剩余的psi水解彻底，制得目标产物n-(2-磺酸基乙基)天冬酰胺/天冬氨酸共聚物（sea/asp）。研究结果表明：在pasp分子结构中引入磺酸基有助于提高分散氧化铁能力，且对ca₃(po₄)₂垢和caco₃垢沉积也有良好的抑制效果。

3. 研究的基本内容与计划

1、聚天冬氨酸改性的设计与制备 2、聚天冬氨酸的性能表征 3、聚天冬氨酸的稳定性测定 本课题以psi为中间体合成聚天冬氨酸pasp，并以聚天冬氨酸为主体，在其分子结构中同时引入了羟基和磺酸基以提高其阻垢分散综合性能。具体研究内容如下： ①以psi为原料分别合成聚天冬氨酸、同时含羟基和磺酸基的聚天冬氨酸衍生物，并探索改性反应条件。 ②聚天冬氨酸衍生物的阻垢、分散、缓蚀、生物降解性等性能研究，并与单因素改性、pasp本身进行比较； ③探索聚合物在不同水质条件下的阻垢、缓蚀以及容忍度性能，确定目标聚合物适用范围及条件； ④利用红外光谱等分析手段探讨合成水处理剂的结构特征，并通过xrd对聚天冬氨酸接枝共聚物的阻垢分散机理进行初步探讨。

2、时间计划安排

2014年8月初到2014年9月底，研读关于本课题相关领域的文献，掌握经典文献的思想核心，完成文献调研报告。

4. 研究创新点

本论文的创新之处 ①采用新的改性物质2-氨基乙醇和2-氨基乙磺酸对PASP进行改性; ②将羟基和磺酸基同时引入到PASP分子中，并对其进行性能比较