羧乙基硫代丁二酸合成及阻垢性能测定

羧乙基硫代丁二酸合成及阻垢性能测定
刘福德;王娟;王春英;乌海燕
【摘要】Benzene being used as solvent,Carboxyethylth iosuccinic
acid(CESTA) has been synthesized by the reaction of maleic anhydride with 3-mercaptopropionic acid. When the reaction time is 7 h,reaction temperature is 85 ℃ ,n (maleic anhydride) -n (3-mercaptopropionic acid) =1:1.1 ,the yield of CESTA is as high as 98.8%. The calcium chelating capacity of carboxyethylthiosuccinic acid is 3 119 mg/g. The scale inhibition capacity is determined by bubbling method. The inhibiting rate of carboxyethylthiosuccinic acid as scale inhibitor is more than 99%, when the concentration of CESTA is more than 10 mg/L.%以苯为溶剂,采用马来酸酐与3-巯基丙酸合成得到羧乙基硫代丁二酸(CESTA).当反应时间为7h、反应温度为85℃、n(马来酸酐)∶n(3-巯基丙酸)为1∶1.1时,CESTA收率高达98.8％.测定了CESTA钙螯合值为3 119 mg/g,并采用鼓泡法测定了其阻垢性能.当CESTA质量浓度为10mg/L时,阻垢率达99％以上.
【期刊名称】《工业水处理》
【年(卷),期】2012(032)006
【总页数】2页(P72-73)
【关键词】羧乙基硫代丁二酸;阻垢剂;阻垢率;钙螯合值
【作者】刘福德;王娟;王春英;乌海燕
【作者单位】天津理工大学化学化工学院,天津300384;天津理工大学化学化工学院,天津300384;天津理工大学化学化工学院,天津300384;天津理工大学化学化工学院,天津300384
【正文语种】中文
【中图分类】TQ085
羧乙基硫代丁二酸（CESTA）为一种新型含硫水处理剂，具有良好的水溶性、生物降解性、螯合金属离子等特性，可用做阻垢剂〔1〕、银离子分散剂〔2－3〕、缓蚀剂〔4－5〕、木材防腐剂〔6〕等。

由于具有多功能特性及高螯合能力，CESTA越来越引发人们的关注〔7〕。

笔者拟以苯为溶剂采用3－巯基丙酸与马来酸酐反应制备CESTA，探讨其最佳合成工艺，并测定其阻垢性能。

1.1 实验药品及仪器
仪器：X－4数字显示显微熔点测定仪（北京泰克仪器有限公司），1700 Perkin Elmer FTIR型红外光谱仪（美国珀金埃尔默），Mercury Plus 400核磁共振谱仪（美国Plus公司），KZC－1型阻垢性能测试仪（高邮市摩天电子仪器有限公司）。

试剂：苯、巯基丙酸、马来酸酐、EDTA均为分析纯试剂。

1.2 合成方法
在250 mL的四口瓶中加入马来酸酐15 g、3－巯基丙酸及苯50 mL，加热到要求温度，反应一定时间，降温后加水，趁热用分液漏斗分液，取水层，冷却结晶，干燥得白色固体30.3g，熔点为151～153℃。

1.3 钙螯合值测定
称取0.303 4 g的CESTA加入到500 mL烧杯中，加入100mL蒸馏水，在电磁搅拌下加入10 mL质量浓度为20 g/L的碳酸钠溶液，滴加入质量浓度为40g/L
的氢氧化钠溶液至pH为11，再加入150mL蒸馏水，用Ca2+质量浓度为
10.042 g/L的乙酸钙标准溶液滴定，同时滴加入氢氧化钠溶液维持溶液pH为11，溶液出现浑浊不消失即为终点，记录消耗乙酸钙标准溶液体积，利用式（1）计算钙螯合值（mg/g）。

式中：V1——消耗的乙酸钙标准溶液体积，mL。

1.4 鼓泡法测定阻垢率
实验用水中加入不同质量的CESTA配制不同浓度的试液。

量取450 mL试液加入到500 mL三颈瓶中。

将此烧瓶浸入（60±0.2）℃的恒温水浴中，同时，以80
L/h的流量鼓入空气。

6 h后，停止鼓入空气，取出三颈烧瓶，冷却至室温。

移取50 mL此溶液于250 mL锥形瓶中，加50 mL蒸馏水，以钙黄绿素－酚酞为混合指示剂，用0.01 mol/L EDTA标准溶液滴定，记下所消耗的体积，并按式（2）
计算阻垢率。

式中：V2——消耗的EDTA标准溶液体积，mL；
C——EDTA标准溶液浓度，mol/L；
149.67——实验用水钙硬度（以碳酸钙计)，mg/L。

2.1 CESTA的合成
为探讨不同工艺条件对CESTA合成的影响，采用L9（34）正交表进行正交实验，实验结果见表1。

由表1可知，不同工艺条件对CESTA合成的影响大小依次为反应时间、反应温度、n（马来酸酐）∶n（3－巯基丙酸）。

合成CESTA的最佳工艺条件为：反应时间
为7 h、反应温度为85℃、n（马来酸酐）∶n（3－巯基丙酸）为1∶1.10，在此条件下收率高达98.8%。

2.2 产品结构表征
用KBr压片测得产品CESTA的红外线光谱图。

其中：3 547.93、3 477.42、3
411.06 cm－1为羧基中O—H 的特征峰；1 689.86、1 640.09、1 619.35 cm－1为羧基中C=O的特征峰；1 403.69 cm－1处为—CH2—的碳氢键弯曲振动特
征峰。

测定得到CESTA的1H NMR 谱图。

其中：（D2O，400 MHz）δ：3.638～3.676（dd，1H，J=6.0，9.2 Hz），2.833～2.899（dd，1H，J=9.2，17.2 Hz），2.802 ～2.842 （t，2H，J=6.4 Hz），2.676～2.734（dd，1H，
J=6.0，17.2 Hz），2.591～2.628（t，2H，J=6.4 Hz）。

由于该化合物含一个
手性中心，并且为外消旋体，故所得产品为左旋与右旋体的混合物，因此谱图中显示为两个对映体的合并谱图，化学位移2.591～2.628及2.802～2.842处显示为
两个三重峰的叠合峰。

测定 13C NMR 谱图，其中（D2O，400 MHz）δ：174.75、175.77、176.23为 3个—COOH 中 C 的化学位移，41.87、25.89、33.88、36.12 为—CH—及 3 个—CH2—中C的化学位移。

2.3 CESTA螯合值及阻垢性能测定
采用1.3方法测定CESTA钙螯合值为3 119 mg/g。

采用鼓泡法测定阻垢率，实验用水水质为pH＝7.71，总硬（以 CaCO3计）295.72 mg/L，钙硬（以CaCO3计）149.67 mg/L，Clˉ68.86 mg/L。

当CESTA 的质量浓度为 3、5、7、10、15 mg/L 时，其阻垢率分别为58.33% 、66.67% 、74.99% 、99.21% 、99.58% 。

随CESTA浓度增高，其阻垢率增大，当达到10 mg/L时，阻垢率高达99%以上。

2.4 结论
以苯为溶剂，利用马来酸酐与3－巯基丙酸反应制备得到CESTA。

当反应时间为7 h、反应温度85 ℃、n（马来酸酐）∶n（3－巯基丙酸）为1∶1.1，CESTA收率
高达98.8%。

正交实验结果表明，不同工艺条件对其合成的影响大小依次为反应
时间、反应温度、n（马来酸酐）∶n（3－巯基丙酸）。

CESTA 钙螯合值为 3 119 mg/g，钙螯合能力强。

作为阻垢剂，随其投加浓度增大，阻垢率增大，当质
量浓度大于10 mg/L时，阻垢率大于99%。

【相关文献】
［2］ Kato K，Nakajima H，Yamada M.Photographic development processing method：JP，10268483［P］.1998－10－09.
［3］ Nakahanada M.Stabilizer for silver halide photographic sensitive material and treatment of silver halide photographic sensitive material：JP，2000075456［P］.2000－03－14.
［4］ Kimura H，Yasuhara Y.Aqueous anticorrosive：JP，11012567 ［P］.1999－01－19. ［5］ Onodera S，Yamada M.Water-based rust preventive：JP，8277481［P］.1996－10－22.
［6］ Kato K.Wood preservative：JP，11060411［P］.1999－03－02.
［7］倪铁珊，孙佩佩.新一代螯合剂——羧乙基硫代丁二酸［J］.山东化工，1999（5）：1－2.。