改性聚天冬氨酸阻垢剂研究进展.pdf

2016年3月
化学研究
第27卷第2期
CHEMICAL RESEARCII
http://hxya.cbpt.cnki.net
改性聚天冬氨酸阻垢剂研究进展
丁恵平2,石澍晨,单慧婷',蔡永红,许英
(1河南大学化学化工学院,河南开封475004;2.河南化工技师学院应用化工系,河南开封475000)
摘要:聚天冬氨酸因其具有可生物降解的肽键结构以及优秀的阻垢性能,成为国际公认的环境友好型水处理
剂,关于聚天冬氨酸的改性研究也得到了国内外学者的广泛关注.本文综述了近年来聚天冬氨酸改性研究的相
关进展,总结了羧基、羟基、磺酸基和酰胺基的引人对聚天冬氨酸性能的影响
关键词:聚天冬氨酸;改性;缓蚀;阻垢
中图分类号:()636文献标志码:
文章编号:1008-1011(2016)02一0260-04
Progress of modified polyaspartic acid inhibitor
DING Huiping.2, SHI Shuchen SHAN Huiting CAI Yonghong",XU Yin
(1. College of Chemistry and Chemical Engineering, Henan University, Kaifeng 475004, Henan, China
2. Application of Chemical Engineering Department, Henan Chemical Technician College, Kaifeng 475000, Henan, China
Abstract: As a kind of non-toxic, non-polluting and biodegradable environment friendly scale
inhibitor, the modification of polyaspartic acid has attracted broad attention in the world. This
paper briefly summarizes recent researches about modified polyaspartic acid and discusses the
influence to introduce carboxyl, hydroxyl, sulfonic acid and amide groups to polyaspartic acid
Keywords: polyaspartic acid; modification; corrosion inhibition; scale inhibition
为提高热交换效率,工业生产中广泛采用循环处理药剂之一[112.国内外众多学者对PASP展开
冷却水来代替直流冷却水.水中溶解和悬浮有了系统的研究,结果表明PASP具有优秀的阻
大量的固体、有机物质和各种气体,循环水长期使用
CO3性能,但在阻Ca3(PO4)2垢、缓蚀以及分散
后,由于水分的蒸发和浓缩,pH升高,加上长时间杀菌降藻等方面的性能并不突出,影响了其在水处
的高温环境,管道表面不可避免地出现结垢、腐蚀等理行业的广泛应用3.因此,近年来对PASP的改
现象,导致传热效率下降,堵塞管道,设备腐蚀,促进性研究一直是国内外学者关注的热点之
菌藻滋生、造成水质恶化等问题3-6.目前,常采用
投加水处理剂的方法解决此类问题,由手传统水必1聚天冬氨酸的合成路线
理药剂广泛使用的磷系水处理剂易引起水体富营养
人工合成的PASP是将聚琥珀酰亚胺(PSI)进
化、二次污染等问题,近年来以绿色、高效为目标的行碱性水解再提纯得到的,所以,PASP的合成方法
水处理剂研究得到了人们的广泛关注,其中聚天冬主要就是中间体PSI的合成方法.根据反应物的不
氨酸(PASP)类水处理剂因其特殊的肽键结构以及同,PSI的合成方法主要有两种:一种是以L-天冬
较好的生物降解性能成为国际公认的环境友好型水氨酸为原料,热缩聚制取;另一种是以马来酸酹与氨
或铵盐为原料制取.PASP的具体合成路线见图1
收稿日期:2015-10-2
基金项目:河南省科技计划资助项目(132107000015)
作者简介:丁惠平(1970),女,高级讲师,主要从事功能高分子材
料的合成与应用研究工作.?通讯联系人,F-mail: hdcexu
@126.com.
DOI:10.14002/hxya.2016.02.022化学研究,2016,27(2):260-263
第2期
丁惠平等:改佻聚天冬氨酸阻垢剂研究进展
WAS H2NRO
NaOH水解
_BO解,N「oN1
TOH
(PSD)
(PASP
OH
12
图1聚天冬氨酸的合成路线
Fig 1 Synthetic route of polyaspartic acid
2聚天冬氨酸缓蚀阻垢剂改性研究进展
羧基的引人可以提高PASP的阻垢率,当引人羧基
的改性聚天冬氨酸浓度为6mg/L时,阻CaSO2垢
对PASP的中间体聚琥珀酰亚胺(PSI)进行氨率达到了100%;另外,羧基的引入使得PASP的缓
基开环是改性PASP的常用且有效的一种方法,研蚀性能也得到了改善,当药剂浓度为100mg/L时
究表明,羧基、羟基、磺酸基、酰胺基等官能团的引人比PASP的缓蚀率提高了35%以上
可有效改善PASP的相关性能
来晓艻等17以马来酸酊、柠檬酸、牛磺酸和氨
2.1羧基的引入
水合成了改性聚天冬氨酸.最佳合成条件为n(马来
由于含有羧基的物质多种多样,向PASP分子酸酐):n(氮):n(柠檬酸):n(2-氨基乙磺酸)
中引人羧基的方式也不尽相同,因此可以得到多种1:2.8:0.12:0.075,反应时间3h,热缩聚温度
官能团相同但性能不同的聚天冬氨酸接枝物.通过190℃,聚合时间1h.投加的共聚物浓度为24mg
研究发现,引入羧基后聚天冬氨酸的阻垢缓蚀性能L时,阻Ca(PO2)2垢率最高达82.9%,阻垢效果明
均得到改善.
显优于侒统阻垢剂.共聚物的加入虽然不能改变磷
CHEN等以马来酸酐和氨水为原料,在40酸钙垢的晶型,但是却增加了酸钙颗粒的松散度
C下反应2h,用丝氨酸( serine)对PASP加以改性抑制了磷酸钙垢的形成,起到阻垢作用.改性聚天
得到接枝物 SER-PASP,并用XRD分析 SER-PASP冬氨酸负电荷浓度较高,它能与水中的金属离子
添加前后CaCO3和CaSO4垢的衍射变化.研究结果Ca2形成稳定螯合物,使水中Ca2+浓度降低,从而
表明,当药剂浓度为4mg/l时,对CaCO3的阻墦率阻碍了磷酸钙垢的形成
接近100%,可见Ser-PASP可以有效破环晶格的生2.2羟基的引入
长习性,使晶体发生畸变.这可能是因为Ser-PASP
羟基比例、温度、物质的量之比、pH、相对分子
同时具有羟基和羧基官能团,增加了与Ca2r的螯合质量、空间结构等因素均可影响接枝物的性能.羟
能力,使钙的溶解度增大.
基的引入可大大提高聚天冬氨酸的阻Ca3(PO)2垢
XU等1以顺丁烯二酸酐、尿素、5-氨基乳清酸性能,说明含羟基的聚天冬氨酸接枝物可以干扰晶
为原料合成了橘黄色的絮状聚天冬氨酸/5-氨基乳核的生长,减缓垢物的生长
清酸接枝共聚物(PASP/5-AOA).研究表明,
梁志群等