水处理阻垢剂聚天冬氨酸的改性研究

水处理阻垢剂聚天冬氨酸的改性研究 第34卷第1期2005年1月辽宁化工 LiaoningChemicalIndustry Vo1.34.No.1 January,2005 水处理阻垢剂聚天冬氨酸的改性研究 张建刚,张丽,丁庆伟,陈高华,张钒. (1.山西农业大学,山西太谷030801;2.太原科技大学,山西太原030024;3.莱阳农学院,山东青岛265200) 摘要:通过氨基甲基磷酸和聚琥珀酰亚胺的氨解反应对水处理阻垢剂聚天冬氨酸进行改性,合 成了含膦酰基的聚天冬氨酸衍生物N一(2一膦酰基甲基)天冬酰胺酸/天冬氨酸共聚物,测试了其对碳 酸钙和磷酸钙的阻垢性能以及对氧化铁的分散性能,并与聚天冬氨酸和常用水处理阻垢剂聚丙烯酸钠 作了比较,结果显示在聚天冬氨酸分子结构中引入膦酰基团不同程度地提高了产物对各种沉积物的阻 垢分散性能. 关键词:聚天冬氨酸;改性;阻垢剂;分散作用 中图分类号:O647文献标识码:A文章编号:1004—0935(2OO5)ol一 020—02 聚天冬氨酸(PASP)是一种可生物降解的水 溶性氨基酸聚合物,在工业领域应用广泛,是一种 很有发展前景的生物高分子材料.从20世纪90 年代开始成为水处理药剂研究和开发的热 点[,,对PASP的改性研究国外有过报道[.为 改善PASP的阻垢分散性能,考虑到起阻垢分散 作用的主要基团有羧酸基,膦酸基和磺酸基等,参 考文献【3,4】,用氨基甲基磷酸(AMP)与聚琥珀酰亚 胺(PSI)发生氨解反应,把膦酰基引入到PASP分 子结构中合成了一种PASP衍生物,并评定了这 种衍生物的阻垢分散性能. 1实验部分 1.1主要原料,试剂和仪器 AMP(C.P.);PSI,自制…;氢氧化钠(A.R.); N,N一二甲基甲酰胺(A.R.);甲醇(A.R.);丙酮 (A.R.);磷酸二氢钾(A.R.);无水氯化钙(A. R.);钼酸铵(A.R.);十水合四硼酸钠(A.R.);七 水合硫酸亚铁(C.P.);酒石酸锑钾(A.R.);抗坏 血酸(A.R.);1,10一菲哕啉(A.R.). 7200型分光光度计,上海分析仪器厂;PHS一 3c精密pH计,上海雷磁仪器厂;79—1磁力加热 搅拌器,江苏省金坛市医疗仪器厂;真空干燥箱 等. 1.2合成 把AMP溶于适量的溶解了氢氧化钾的乙醇 溶液中,加入一定量溶解于DMF的PSI溶液,室 温下磁力搅拌10h,倾入10倍体积的甲醇:丙酮 (V/V)=1:1的混合液中,过滤,干燥,然后碱催化 水解剩余PSI,水解液倾入10倍体积的甲醇中沉 出固体,过滤,干燥,得到目标产物PMA/ASP共聚 物. 1.3阻垢分散性能评定 阻垢实验按静态方法进行评定. 阻CaCO3垢实验条件:P(Ca2)=500mg/L,P (HCOf)=500mg/L(二者均以CaCO3计,80?恒 温10h后,用EDTA 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 溶液滴定试液中Ca2. 阻垢率=(Vl—v0)/(V2一Vo)×100%.其中v0, V.,V:分别为测定未加药剂时,加有药剂时和常 温配制水中总钙量消耗的EDTA的体积. 阻ca3(P04)2垢实验条件:p(Ca2)=250mg/ L(以CaCO3计),p(PO;一)=10mg/L,pH=9.1,80 ?恒温10h后,由7200型分光光度计(710nm,1 em比色皿)测定溶液中的P0i一.阻垢率=[(p1一 p0)/(P2一p0)]×100%.其中p0,Pl,p2分别为未 加药剂时,加有药剂时和常温配制水中Poj一的 收稿日期:2004-11-02 作者简介:张建刚(1978一),男,讲师. 第34卷第1期张建刚,等:水处理阻垢剂聚天冬氨酸的改性研究21 质量浓度. 分散氧化铁性能评定按文献[】进行.实验条 件:p(Ca):150mg/L(以CaCO3计),p(Fe): 10mg/L,温度50?,pH:8.77(用饱和十水合四 硼酸钠溶液调节).强烈搅15min,恒温5h后通 过7200型分光光度计测定上清液透光率T(420 nm,3cm比色皿,透光率越小分散效果越好. 2结果与讨论 2.1阻碳酸钙垢性能 比较PASP,PMA/ASP,PAAS抑制CaCO沉积 的情况,实验结果见表1.由表1可知,对于阻 CaCO垢,各种药剂都具有较好的阻垢效果,且存 在”临界值效应”,在质量浓度为0.5mg/L时阻垢 率迅速增加,到2mg/L以后,阻垢率增加较慢,趋 于平稳.阻垢效果由强到弱顺序为PMA/ASP> PASP,PAAS.在同一分子链上的膦酰基团和羧酸 基团之间存在协同效应,二者同时起到了两个方 面的阻垢作用:抑制晶体生长和颗粒沉积.据文 献介绍碳酸钙垢的(211)晶面上含有相等数目的 ca和0原子.因此处在晶体表面的ca2可以与 同平面上的四个CO;一中的0原子及晶体本体内 的一个0原子配位,此时还剩余一个八面体顶 点,成为晶面上的一个暴露点-6J.处于PASP分 子侧链上的膦酰基可以提供配位电子与CaCO3晶 体表面的Ca2形成配位化学键,牢固地吸附在晶 体表面,改变晶体正常形态,从而阻碍其成长为较 大结晶;而羧酸基团具有良好的分散作用,其分子 可以吸附在晶核或晶体粒子周围,其极性部分面 向水相,非极性部分吸附在颗粒外侧,这些粒子都 带有微弱的负电荷,由于电荷排斥粒子,使粒子不 易因碰撞而凝聚,也不易长大. 表1抑制CaCO沉积实验结果(阻垢率,%) 药剂了_T—百一 PASP42.768.671.978.187.889.290.791.391.3 PMA/ASP49.870.475.688.295.797.197.997.698,0 PKAS40.160.770.075,884.986.586.886.886.8 2.2阻磷酸钙垢性能 3种药剂对Ca3(PO4)2阻垢实验结果见表2. 由表2可知,当药剂质量浓度为12ms/L时,在 PASP分子结构中引入膦酰基使阻垢率从27.1% 增加到71.4%;常用阻垢剂PAAS的阻垢率却低 于20%.说明膦酰基的引入对阻Ca3(Po4)2垢有 特效.基于膦酰基是酸性较强的亲水性基团,在 水溶液中有强电离能力,使分子所带的负电荷增 多,这就使膦酰基在阻碍结晶长大的同时增强了 分子的分散作用能力.磷酸钙垢宏观呈现絮状胶 团,微观为含羟基磷灰石棒状体的非晶,多晶混合 物.吸附了PMA/ASP共聚物的小晶体颗粒表面 形成双电层,改变了颗粒表面的电荷状态,在静电 作用下,颗粒相互排斥,这可以避免颗粒碰撞后 长大沉积,并将颗粒分散在水中. 表2抑制Ca3(PO4)2沉积实验结果(阻垢率.%) 2.3分散氧化铁性能 3种药剂分散氧化铁性能实验结果见表3. 由表3可知,分散氧化铁的能力由强到弱的顺序 为PMA/ASP>PASP>PAAS,其最小透光率(透光 率越小分散效果越好)依次为52%,70%和86 %.可见在PASP分子结构中引入膦酰基有助于 提高分散氧化铁的能力,而且存在一个最佳质量 浓度24mg/L,低于或高于此浓度,分散能力都会 减弱,甚至表现出反面作用,这与路长青等-7J的实 验结果相类似.PMA/ASP共聚物对氧化铁具有 优良的分散性能主要是分子结构中所含的膦酰基 所起的作用,它能使氧化铁长久分散在水中,使氧 化铁颗粒沉降速率尽可能变慢. 表3分散氧化铁性能实验结果(T,%) 3结论 (1)与PASP比较,改性后的PMA/ASP共聚 物程度不同地使对磷酸钙的阻垢率从27.1%提 高到71.4%,对氧化铁的分散率从70%提高到 52%,对碳酸钙的阻垢率从91.3%提高到98.0 %. (2)常用阻垢分散剂PAAS对(下转第42页) 42辽宁化工2005年1月 4结论 (1)用电位波谱法进行米吐尔与对苯二酚含 量分析的一般步骤如下: ?调整溶液的酸碱度; ?调整滴定仪的滴定速度; ?用标准溶液进行电位滴定. (2)应用电位波谱法进行化学分析时,往往 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 溶液的缓冲性良好,还要求电极具有足够的 敏感程度. (3)任何影响反应速度的因素都将影响电位 波谱的获取,如:浓度,温度,酸碱度等,因此,测量 电位波谱时,必须严格控制反应条件,才能通过重 复实验获得稳定的电位波谱. (4)获得电位波谱的最基本的方法是将滴定 速度调整在两个反应速度之间,并使滴定速度接 近于较慢的反应速度.若滴定速度比化学反应速 度快很多,则可能将谱线拉得较平滑,同时使滴定 曲线上的电位突跃趋于明显. (5)只要有适宜的反应条件,显影液中米吐 尔与对苯二酚的连续滴定是可以实现的. 致谢: 本文所做工作得到了本部董贵海同志的热情帮助,他为实验 仪器的维修提供了必要的工具,并提供了部分实验器材;本部其 他同志也对这项工作给予了热情支持.在此,作者谨向他们表示 衷心的感谢. StudyonContinuousTitrationforMetolandHydroquinolinDeveloperSoluti on LIANGHong Abstract:Themetolcontentandthehydroqulnolcontentindevelopersolution wereanalyzedbypotentialspectrummethod.Duringthis analysis,twocomponentswerecontinuouslytitratedatthesametime.Kindso ffactorstointluncepotentialspectrumwerediscussed.The effectsofpotentialspectrumwereputforward.Basisprincipleofpotentialspe ctrumWasanalyzed,Itsapplicationswereintroduced. Keywords:Potentialspectrum;PotentiometricTitration;Metal;Hydroquin ol (上接第2l页) 碳酸钙的阻垢性能与PASP相当,在其他两方面 的性能却很差. (3)PMA/ASP共聚物可望作为新一代可降解 多功能水处理阻垢分散剂代替常用羧酸型水处理 剂. 参考文献 [1]KowetonS,HuangSJ,SwiftG.[J].EnvlIOnPolymDegrad, 1997,5(3):175—181 [2]RossRJ,LowKC,ShannonJE.[J].MateriMsPeffor. mance,1997,36(4):53—57 [3]TangJS,DadsRV.UseofBiodegradablePolymersinPre- ventingScaleBuild—up[P].US5776875.1998.7—7 [4]TangJs,FusL,EmmonsDH.BiodegradableModifiod Polyas2particPolyme~forCorrosionandSc8leControl[P]. US6022401,2000.2.8 [5]陆建民,胡洪,黄燕.工业水处理[J],1991.11(6):10一 l2 Maeipe,J.Gomez—Morales.CalciumBarbanate [6]A.1~pez— precipitationfromaqueoussolutions.CrystalGrowth,1996, 166:1015—1019 [7]路长青,汪鹰,马迎军,等.工业水处理[J],1995,15(3): I4一I7 StudyonModificationofWatertreatmentAgentPolyasparticAcid ZHANGJian-gang,ZHANGLi,DINGQing-wei,CHENCao-hua,ZHANGFan (1.ShanxlAgriculturalUniversity,ShanxiTaigu030801,China; 2.TaiyuanUniversityofScience&Technology,Taiyuan030024,China;3.LaiyangA~culturalCortege,Qingdao265200,China) Abstract:N一2一 phosphonomethylaspartamide/asparticacidcopolymer(PMA/ASP)containingphosphonoWassynthesizedbyamminol’ vsisofpolysuccinimidewithaminomethylphosphonicacidonthebaseofmodificationofwatertreatmentagentpolyasparticacid(PASP). It’Sperformanceondispersingironoxideandscaleinhibitiononcalciumcarb onateandcalciumphosphateWasstudiedandcompared witl10therwatertreatmentagentssuchasPASPandpolyacrylicacidsodium( PAAS).Theresultsshowedthatintroductionofphosphono toPASPm0lecularchainscouldenhancedthemodifiedPMA/ASP’Scapabilitiesofscaleinhibitionanddispersiononvariousscalesin differentdegrees. Keywords:Polyaspartlcacid;Modification;Scaleinhibitor;Dispersion