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摘 要

本文采用了简单有效的方法，合成了一种新型的低磷绿色阻垢剂，而且原材料易得、有很强的经济价值。以AA(丙烯酸）、H₃PO₃（亚磷酸）和APES（烯丙氧基醚聚乙氧基硫酸铵）经水相自由基反应共聚合成，最终得到新型三元低磷共聚物APES-H₃PO₃-AA。通过优化合成工艺，确定最佳合成条件和最佳投放量。考察了碳酸钙和硫酸钙在各种反应条件下的阻垢性能。通过试验结果分析：该共聚物的单体摩尔配比为1:1:2时，对碳酸钙的阻垢性能最佳，为90.15%；当单体摩尔配比为1:1:3时，对硫酸钙的阻垢性能最佳，为94.81%；当投放量至5mg·L^-1时，硫酸钙的阻垢率能够达到90%以上；APES-H₃PO₃-AA可以在高碱度和高硬度的水质中使用，适用范围广；通过SEM（电镜扫描）的技术分析，APES-H₃PO₃-AA能够直接有效的对钙垢的晶型发生改变，使其由稳定结构变成不稳定结构，更易被水流冲走，避免沉淀的发生。综上所述，APES-H₃PO₃-AA是一种对碳酸钙和硫酸钙有优异阻垢性能的绿色低磷阻垢剂。

关键词：封端聚醚；亚磷酸；钙垢；循环水

Three yuan low phosphorus research of copolymer

Abstract

Using a simple and effective method, this paper synthesized a kind of new low phosphorus green scale inhibitor, and accessible raw materials, has a great economic value. With AA (acrylic acid), H₃PO₃ (phosphite) and APES (allyl ether oxygen poly ethoxy ammonium sulfate) by free radical copolymerization reaction to synthesize the water phase, end up with the new ternary APES - H₃PO₃ - AA. By optimizing the synthesis process, the optimum synthesis conditions and the best quantity. Examines the calcium carbonate and calcium sulfate scale inhibition performance under various reaction conditions. : through the analysis of the test results of the copolymer monomer molar ratios of 1:1:2, the calcium carbonate scale inhibition performance of the best, 90.15%; When monomer molar ratios of 1:1:3, scale and best performance of calcium sulfate is 94.81%; When the quantity to 5 mg/L, calcium sulfate scale inhibition rate can reach more than 90%; APES - H₃PO₃ - AA can be used in the high basicity and high hardness of water quality, applicable range is extensive; Through SEM (technical analysis, electron microscope scanning) APES - H₃PO₃ - AA type can directly effective crystal of calcium scale changes, from stable structure becomes unstable structure, are more likely to be washed away by water, avoid the happening of precipitation. To sum up, APES - H₃PO₃ - AA is a kind of calcium carbonate and calcium sulfate has excellent scale inhibition performance of green scale inhibitor was low phosphorus.

Keywords: End capped polyether; phosphorous acid; calcium scaling; circulating water

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 前言 1

1.1研究背景 1

1.2阻垢剂的研究进展 1

1.2.1天然高分子阻垢剂 1

1.2.2聚膦酸盐和有机膦酸盐阻垢剂 1

1.2.3羧酸类阻垢剂 2

1.2.4磺酸类阻垢剂 2

1.2.5环境友好型阻垢剂 2

1.3研究目的与意义 2

1.4研究内容与创新点 3

1.4.1研究内容 3

1.4.2研究创新点 3

第二章 APES-H₃PO₃-AA阻垢剂的制备和表征 4

2.1聚合部分 4

2.1.1主要原料 4

2.1.2三元阻垢剂APES-H₃PO₃-AA的合成 4

2.1.3 APES-H₃PO₃-AA阻垢剂合成的条件优化 5

2.2表征方法 5

2.3结果与讨论 5

第三章 APES-H₃PO₃-AA阻垢剂的性能分析 6

3.1阻垢剂干基的测定 6

3.2阻碳酸钙实验操作 6

3.2.1实验原料 6

3.2.2阻碳酸钙垢的性能研究 6

3.3阻硫酸钙实验操作 11

3.3.1性能测试的原料 11

3.3.2操作步骤 11

3.3.3质量比对阻CaSO₄的影响 11

3.3.4 引发剂量对阻CaSO₄的影响 12

3.3.5投放量对阻CaSO₄的影响 12

3.3.6 APES-H₃PO₃-AA阻硫酸钙机理 13

3.4小结 14

第四章 结论 15

致谢 16

参考文献 17

前 言

1.1研究背景

在工业生产过程当中会使用大量的水资源，而工业的冷却水用量又达到整个工业用水总量的六成以上。在工业应用中，仪器设备在生产途中会产生巨大的热量,会影响工业生产进而导致产品质量的下滑。为了解决这个问题，我们需要及时进行冷却。为了节约经济成本，资源环境可持续发展，普遍会进行循环冷却水进行处理降温。以达到节约水资源的目的^[1]。在当前，我国城市用水利用率比较低，其中工业用水尤为突出，仅为发达国家的四分之一，远远不及世界领先水平^[2-4]。所以，化工节水最为重要的地方就是增加其循环水的重复使用率。要想解决这个问题，我们要明白它的根本原因：冷却水一次一次的浓缩导致本身游离的金属离子浓度增加，进而与其溶液中的阴离子物质发生发应，生成难溶于水的钙垢，然后发生沉淀。最初的钙垢随着水的流动慢慢聚集在换热器以及管道表面上，进而影响化工生产正常进行，使得生产效率降低，耗损大量的能量与水资源。更严重时，将会导致企业停产、产量减低，使得大量的社会经济成本流失^[5]。

循环水系统的水质导致产生钙垢沉淀、设备腐化等问题，我们往往用添加阻垢剂来解决，使得化工仪器高效、节能、长期安全的运转。与此同时，国家对环境保护方面的积极倡导，进行合成无毒无害、低磷无氮、绿色环保的阻垢剂将成为充满前景的研发方向。当前，市场上大部分水处理药剂是有机磷酸盐类和无机磷酸盐等复配的含磷系列水处理剂。磷酸盐水处理剂在水体环境中不容易降解，导致水体含磷量过高，滋生了大量的水藻和微生物，从而引发水体富营养化污染。为了环境的可持续发展，水处理剂朝着无磷、低磷、新式、节能的绿色友好型阻垢缓蚀剂的目标前进^[6]。

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