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1. 研究目的与意义
目的：（1）了解高分子阻垢剂聚天冬氨酸化学衍生物的性质以及作用机理；（2）采用合成方法制备性能优良的聚天冬氨酸化学衍生物的阻垢缓蚀剂；（3）设计聚天冬氨酸化学衍生物的生化改性的技术路线（4）化学衍生化改性聚天冬氨酸；（5）表征聚天冬氨酸化学衍生改性产品使用性能在学习研究中了解冷却水处理的现状与发展方向，巩固本专业学习基础，学习科研论文查阅和撰写。
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。冷却水化学处理的主要内容是解决系统中可能出现的腐蚀、结垢、菌藻、粘泥等问题。由此,就产生了相应的各种药剂与配方。但是我国在这些方面的基本推动力是不足，并且冷却水处理剂的开发基本上还在走引进、剖析、仿制这样一条路。国家尚无严格的法规或经济手段来迫使我们将冷却水处理与可持续发展联系起来,而且我国大多数企业的管理水平尚未达到对冷却水费用也精打细算的程度。完成此项目，采用合成方法制备性能优良的聚天冬氨酸化学衍生物的阻垢缓蚀剂能够有效地开拓冷却水的使用范围，提高冷却水的循环利用效率，以及我国冷却水处理技术，缓解水资源紧缺问题，促进工业可持续发展。
2. 国内外研究现状分析
国内外的研究成果表明，用于聚天冬氨酸的改性方法主要有共聚改性、开环改性。共聚改性是天冬氨酸在催化剂作用下可与其他单体进行共聚反应，生成天冬氨酸的共聚物，这是获得改性的有效途径之一。开环改性是在合成PASP过程中的中间体PSI上进行的。PSI是一种活性很强的线性聚酰亚胺，很容易被氨基开环生成含有侧链的PASP。利用这一特殊的开环性质，可以制备许多含有特殊侧链基团的衍生物。
Takeshi等用无水DMF作溶剂，以PSI和DDA为原料，反应制得十二烷基胺部分改性的PSI(DDA-PSI)。当n(DDA):n(PSI)为0.1-0.5时，DDA-PSI的分子量为20000，再经碱性水解即得十二烷基钠改性的聚天冬氨酸(DDA-PASP-Na)，改性后的产物具有良好的生物降解性和分散MnO2的能力。Oda利用天冬氨酸盐与PSI反应，合成了带有羧基支链的改性聚天冬氨酸，其阻垢能力比PASP提高了22%；又用巯基伯胺盐及天冬氨酸盐与PSI反应，得到既有巯基又有羧基基团支链的改性聚天冬氨酸，这种改性产物对金属具有很高的鳌合能力及很好的阻垢缓烛性能。Sikes C S用聚天冬氨酸盐、聚谷氨酸盐和其它氨基酸合成的聚天冬氨酸共聚物，该共聚物的最佳分子量在3500到10000之间对碳酸钙的具有良好的抑制作用，还具有良好的生物降解性能。
对于聚天冬氨酸改性，国内也有相关报道。李江华等以天冬氣酸为基础L-天冬氨酸为原料，再加入磷酸作催化剂，热聚合生成的PSI用三乙醇胺开环改性的合成了一种不含磷的环保型阻坂剂。实验研究发现：聚天冬氨酸衍生物的阻坂性能优于PASP，在加药量浓度为8mg/l时，该阻坂剂对碳酸弼据的阻拒率就已超过85%；在加药量为10mg/l时对硫酸韩坂的阻坂率超过90%。高利军等合成了分别含经基和磺酸基的聚天冬氨酸衍生物，测定了它们的阻垢分散性能，并与聚天冬氨酸、聚丙稀酸钠、水解聚马来酸和2-磷酸基丁烷-1,2,4-三羧酸水处理剂作了比较。结果表明：含磺酸基的聚天冬氨酸衍生物综合性能较好。王丽娜用2-氨基异烟酸(2-APDA)对聚琥珀酰亚胺进行开环接枝，在水相中合成了含吡啶羧酸基团的聚天冬氨酸接枝共聚物，该接枝共聚物具有优异的阻垢缓蚀性能，研究结果表明：当n(2-APDA):n(PSI)为0.6:1，合成产物在用量为8mg/l时，阻CaCO3垢率能够达到99.99%。当n(2-APDA):n(PSI)为1:1，合成产物在用量为12mg/l时，阻Ca3(PO4)2；垢率能够达到58.29%。当n(2-APDA):n(PSI)为0.2:1时，产品在用量为30mg/l，此接枝共聚物的缓烛率为58.14%。我国河北省能源所于2008年发明生物可降解缓蚀阻垢剂-含羧酸基聚天冬氨酸衍生物及其制备方法，在聚天冬氨酸结构中引入了天冬氨酸基团,提高了其阻垢及分 散性能力,阻垢效果良好,并具有良好的生物可降解性和缓蚀性能, 并有很强的耐热性；其制备方法简单，并且产品可广泛应用 于循环冷却水系统、锅炉水、油田水、海水脱盐等方面。从20世纪90年代开始,在聚天冬氨酸的侧链上引入功能性基团来提高阻垢分散性能成为水处理药剂研究和开发的热点。高利军等在聚天冬氨酸分子中引入了羟基和磺酸基基团,王吉龙等引入了膦酸基基团,梁志群等引入了膦酰基基团。我国淄博市发展高新技术产业链，于2015年建成自动化程度较高的聚天冬氨酸生产线，可年产五万吨聚天冬氨酸广泛运用于水处理、日用化学品、医药、农业等领域。另有天津理工大学发明了一种制备聚天冬氨酸或其衍生物、壳聚糖和钙磷化合物的复合材料的方法，所得产物具有仿细胞壁膜的性质,是一种环境友好型仿生材料。该材料具有吸附重金属和某些有机物的功能,可用于脱除重金属、氯代烃、有机颜料、染料等而广泛应用于医药工业,食品工程,印染工业,污水处理等领域。
3. 研究的基本内容与计划
内容：聚天冬氨酸是一种无毒、可完全生物降解的环保型水处理剂。对聚天冬氨酸化学衍生化改性的研制及其阻垢缓蚀性能的研究主要由以下几部分内容构成：
一、聚天冬氨酸及其衍生物的合成
（1）以l-天冬氨酸、碳酸丙烯酯为原料，以磷酸作催化剂，合成中间产物聚琥珀酰亚胺psi，psi纯化后水解得到聚天冬氨酸。
4. 研究创新点
聚天冬氨酸可生物降解，因此是一种绿色环保型的水处理剂，应用到工业循环冷却水处理领域中。聚天冬氨酸可以螯合钙、镁、铜、铁等多价金属离子，尤其能够改变钙盐晶体结构，使其形成软垢，可以用于工业循环水、锅炉水、反渗透水、油田水、海水淡化等水处理领域，在高硬度、高碱度、高pH值、高浓缩倍数系统中表现卓越，PASP阻垢效果优于常用含膦阻垢剂。PASP与PBTCA复配后有协同作用。
