PASP与AA_AM_MA共聚物复配阻垢性能研究_余嵘

计），ＰＡＳＰ 及复配物阻垢性能的变化如图１所示．
由图１ 可以看出，钙离子浓度较低时，ＰＡＳＰ 与复配物的阻垢效率没有显著性差异，进一步提高钙离
子浓度，对 ＰＡＳＰ 及复配物的阻垢性能都有较大影响，均随 Ｃａ２＋ 浓度的增大而减小．
这是由于复配物中存在离子型聚合物，随 着 Ｃａ２＋ 浓 度 的 提 高，一 方 面 聚 合 物 离 子 会 和 垢 质 离 子 发 生
１．２ 共 聚 物 的 制 备 在装有搅拌器、滴液漏斗的四口烧瓶中加入一定量的顺丁烯二酸酐、丙 烯 酰 胺 和 过 硫 酸 铵（单 体 质 量
收 稿 日 期 ：２０１１－１０－２５ 通 讯 作 者 ：余 嵘 （１９６９－），女 ，陕 西 省 西 安 市 人 ，西 安 工 程 大 学 副 教 授 ，硕 士 ．Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｕｒｏｎｇ３６５＠１６３．ｃｏｍ
共沉积；另一方面，随着 Ｃａ２＋ 浓度的增大，打破了水溶液中碳酸盐的平衡，同时由 于 硬 度 的 增 大，增 大 了 垢
的总量，使得碳酸钙垢总量增大，超过了复配物抑制其成垢的最大能力，降低 了 聚 合 物 对 晶 格 的 畸 变 作 用
和分散能力，从而使得阻垢率下降 ． ［６］
但复配物较单纯的 ＰＡＳＰ 阻垢率 随 Ｃａ２＋ 浓 度 的 增 大 下 降 缓 慢，当 Ｃａ２＋ 浓 度 继 续 增 大 到 １ ０００ｍｇ／Ｌ
配物阻垢率没有显著性差异，都 在 ９５％ 以 上；当 碱 度 在 ６００～８００ｍｇ／Ｌ 时，阻 垢 率 下 降 均 较 快，其 中 复 配
物的阻垢效率从６００ｍｇ／Ｌ 时的 ９５．５％下降到 ８００ｍｇ／Ｌ 时的６２．３％．但即使当碱度达到 １ ０００ｍｇ／Ｌ 时，
复配物阻垢效率还可达到５５．８％，较 ＰＡＳＰ 高．说明该复配物可在较高碱度水中使用．
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西 安 工 程 大 学 学 报 第２６卷
图 １ Ｃａ２＋ 浓度对阻垢率的影响 图 ２ 碱度对阻垢率的影响
（Βιβλιοθήκη Baidu）恒温时间的影响 在温度８０℃，Ｃａ２＋ 浓度为３００ｍｇ／Ｌ，ｐＨ＝８．０的条件下，改变恒温时间，ＰＡＳＰ 及复配物阻垢率的变化如图３所示．
图 ３ 恒温时间对阻垢率的影响 图 ４ 温度对阻垢率的影响
为了进一步验 证 制 备 的 阻 垢 剂 的 阻 垢 效 果，将 复 配 物 用 于 西 安 灞 桥 火 电 厂 的 循 环 冷 却 水 的 水 样 （Ｃａ２＋ 浓度为１５０～２００ｍｇ／Ｌ，循环冷却 水 水 温 ３２～４２℃）中，对 复 配 阻 垢 剂 的 阻 垢 效 果 进 行 进 一 步 的 测 定，按照聚天冬氨 酸 与 三 元 共 聚 物 １∶０．５ 的 配 比 浓 度，加 药 量 仅 为 １．０ｍｇ／Ｌ 时，阻 垢 率 就 可 以 达 到 １００％ ．
静态阻垢实验采用碳酸钙沉积法［５］，这是在实验室强 化 条 件 下 对 阻 垢 剂 性 能 进 行 评 价 的 一 种 常 用 方
法．用 ＥＤＴＡ 滴定剩余硬度，静态测试阻垢剂对钙垢析出的抑制性能． 实验用无水氯化钙配制成含钙离子的 自 来 水 溶 液，以 碳 酸 氢 钠 配 制 碱 度，调 节 ｐＨ 为 ８．５，把 配 好 的
溶液加入恒温水浴中，温度控制在（８０±２）℃，加入一定量的阻垢剂于其中，恒温静置 １０ｈ后，用 ＥＤＴＡ 测 定 溶 液 中 剩 余 钙 离 子 浓 度 ，计 算 出 阻 垢 率 ．
阻垢率（％）＝ ［（Ｖ２ －Ｖ０）／（Ｖ１ －Ｖ０）］×１００％， 其中 Ｖ０，Ｖ１，Ｖ２ 分别为恒温时 未 加 药 剂 水 样 （空 白 ）、加 药 剂 水 样 和 常 温 未 加 药 剂 水 样 （总 钙 ）消 耗 的 ＥＤＴＡ（ｍＬ）．
总 药 剂 量／ ｍｇ·Ｌ－１
１ １．５
２
配 比 （ＰＡＳＰ：ＡＡ／ＡＭ／ＭＡ）
０∶２ １∶０．５ １∶１ ０．５∶１ ２∶０
８３．４ ９０．３ ９４．３
９７．８ ９９．７ ９９．７
９７．６ ９７ ９８
９６．４ ９５．２ ９５．７
９２．２ ９６．１ ９７．３
垢效果以及对水质的适应性比单一组分好．
聚天冬氨酸（ＰＡＳＰ）是一种带有羧酸侧链的聚氨基酸，具有螯合和分散性能，并 具 有 良 好 的 生 物 相 容 性，对环境友好［１］．作为阻垢剂特别适 用 于 抑 制 冷 却 水、锅 炉 水 及 反 渗 透 膜 处 理 中 的 碳 酸 钙、硫 酸 钙 的 成 垢［２］．但是，聚天冬氨酸的价格较一般的水处理剂略高，为了提高与其他产品的竞争能力，将聚天冬氨 酸 与 其他阻垢分散剂复配，以求提高聚天冬氨酸的性能价格比．近年来有些人已经将 ＰＡＳＰ 单独的阻垢性研究 扩展到与其他物质复配的研究方面，霍宇凝等 将 ［３］ 聚天冬氨酸与氧化淀粉复配，发现复配物的阻垢性 能 较 单纯的聚天冬氨酸有一定的提高．卢园等 将 ［４］ 聚天冬氨酸与三甲基膦酸复配时，发现复配物阻垢性能 受 温 度、时间、ＨＣＯ３－ 浓度的影响较小，受 Ｃａ２＋ 浓度的影响较大．目 前 有 关 研 究 结 果 大 多 是 关 于 聚 天 冬 氨 酸 与 单一阻垢剂复配的阻垢性能，在与共聚物复 配 方 面 探 讨 较 少．本 文 通 过 合 成 （ＡＡ／ＡＭ／ＭＡ）三 元 共 聚 物， 将 ＰＡＳＰ 与共聚物复配，制得以聚天冬氨酸为 主 体 的 环 保 型 复 合 阻 垢 剂（ＰＡＳＰ＋ＡＡ／ＡＭ／ＭＡ），并 对 复 配后的阻垢性能进行研究．
由此确定 ＰＡＳＰ 与三元共聚物的最佳配比浓度为 ＰＡＳＰ １ｍｇ／Ｌ 和三元共聚物 ０．５ ｍｇ／Ｌ．研究中均采用
此配比浓度．
２．２ 不 同 因 素 对 复 配 物 阻 垢 性 能 的 影 响
（１）钙离子浓度的影响 在 ｐＨ 为 ８．５，温 度 ８０℃，恒 温 １０ｈ 的 条 件 下，改 变 钙 离 子 浓 度 （以 ＣａＣＯ３
１ 实 验
１．１ 试 剂 与 仪 器 （１）试剂 丙烯 酸、丙 烯 酰 胺、顺 丁 烯 二 酸 酐、过 硫 酸 铵、Ｋ２Ｓ２Ｏ８、马 来 酸 酐、钨 酸 钠、无 水 氯 化 钙、
ＮａＨＣＯ３、ＮａＯＨ、Ｃａ（ＯＨ）２、Ｈ２Ｏ２ 等，均为分析纯，市售聚天冬氨酸：质量分数４１％． （２）仪器 电热恒温水浴锅、磁力加热搅拌器、分析天平、ｐＨ 计、四口烧瓶、滴定管等．
余 嵘，王亚琼，崔心水，房 平，李 波
（西安工程大学 环境与化学工程学院，陕西 西安 ７１００４８）
摘 要 ：通 过 合 成 丙 烯 酸／丙 烯 酰 胺／马 来 酸 酐 （ＡＡ／ＡＭ／ＭＡ）三 元 共 聚 物 阻 垢 剂 ，开 发 出 一 种 具 有 优良阻垢性能的新型聚天冬氨酸 复 配 物．采 用 静 态 阻 垢 实 验 对 聚 天 冬 氨 酸 （ＰＡＳＰ）与 三 元 共 聚 物 复 配 的 阻 垢 性 能 进 行 研 究 ．结 果 表 明 ，聚 天 冬 氨 酸 和 三 元 共 聚 物 在 一 定 配 比 下 产 生 协 同 阻 垢 效 应 ，其 最 佳 配 比 浓 度 为 ：聚 天 冬 氨 酸 １ ｍｇ／Ｌ，三 元 共 聚 物 ０．５ ｍｇ／Ｌ；复 配 物 的 阻 垢 性 能 较 单 纯 的 聚天冬氨酸有一定的提高，适用于高钙、高碱、高温的 水 系 统 中，并 可 在 其 中 长 时 间 停 留．将 复 配 阻 垢 剂 应 用 于 火 电 厂 循 环 冷 却 水 水 样 ，其 对 碳 酸 钙 的 阻 垢 率 达 到 １００％ ． 关 键 词 ：聚 天 冬 氨 酸 ；共 聚 物 ；复 配 物 ；碳 酸 钙 ；阻 垢 性 能 中 图 分 类 号 ：ＴＱ ０８５．４ 文 献 标 识 码 ：Ａ
（４）温度的影响 在恒温时间为１０ｈ，Ｃａ２＋ 浓 度 为 １ ０００ｍｇ／Ｌ，ｐＨ＝８．５ 的 条 件 下，改 变 温 度，ＰＡＳＰ 及复配物阻垢率的变化如图４所示．
由图４可以看出，温度在２０～４０℃时，复配物的阻垢效 率 在 ９０％ 以 上．之 后 随 着 温 度 的 升 高，复 配 物 及 ＰＡＳＰ 的阻垢性能均逐渐降低．这是因为随着温度的升高，阻垢剂吸附于碳酸钙 晶 格 表 面 的 能 力 下 降， 碳酸钙生成速度加快，从而使得阻垢率有一定的下降．复配物的阻垢率随温度 升 高 下 降 幅 度 较 ＰＡＳＰ 小， 当 温 度 为 １００℃ 时 ，复 配 物 的 阻 垢 效 率 还 能 达 到 ６７．５％ ，一 定 程 度 上 说 明 了 复 配 物 良 好 的 温 度 适 应 性 ．
由 表 １ 可 以 看 出 ，在 总 浓 度 为 １．５ ｍｇ／Ｌ
表 １ 药剂不同配比时的阻垢率
时，当聚天冬 氨 酸 与 三 元 共 聚 物 的 浓 度 比 为 １∶０．５，其阻垢 效 果 最 好，复 配 效 果 最 佳．这 是由于在该配 比 浓 度 时，聚 天 冬 氨 酸 与 三 元 共聚物中的活性基团能最好地发挥出对碳酸 钙的分散离解 作 用 的 协 同 效 应，复 配 物 的 阻
２ 结果与讨论
２．１ 最 佳 配 比 的 筛 选
为确定最佳配比浓度，在聚天冬氨酸与三元共聚物不同总浓度 （１ｍｇ／Ｌ，１．５ ｍｇ／Ｌ 和 ２ｍｇ／Ｌ）以及 不
同配比的条件下，筛选出最优的配方，见表１．实验中 Ｃａ２＋ 、ＨＣＯ３－ 浓度均为３００ｍｇ／Ｌ （均以 ＣａＣＯ３ 计），
ｐＨ 为８．５，８０℃水浴中恒温１０ｈ．
由图３可以看出，随恒温时间的延长，单纯 ＰＡＳＰ 的阻垢率呈明显降低的 趋 势，但 复 配 物 的 阻 垢 性 能 基本没有受影响，阻垢率均在９０％以上．说 明 复 配 物 较 单 纯 的 聚 天 冬 氨 酸 能 够 长 时 间 以 较 高 的 阻 垢 效 率 发 挥 作 用 ，这 对 实 际 应 用 来 说 ，无 疑 可 节 省 药 剂 用 量 ，降 低 生 产 成 本 ．
３ 结 论
（１）聚 天 冬 氨 酸 与 三 元 共 聚 物 复 配 的 最 佳 配 比 浓 度 为 １∶０．５，在 此 配 比 浓 度 下 ，复 配 物 的 阻 垢 效 果 最 好 ，复 配 效 果 最 佳 ．
（２）复 配 物 的 阻 垢 性 能 较 单 纯 的 聚 天 冬 氨 酸 优 异 ，可 适 用 于 高 钙 、高 碱 度 、高 温 的 水 系 统 中 ，并 可 在 水 系统中以较高的阻垢率长时间停留．
时，复配物的阻垢效率还可达到７３％，说明 ＰＡＳＰ 与三元共聚物复配后一定程度上提高了对钙的容忍度，
因此该复配物可以在高硬度水中使用．
（２）碱度的影响 温度８０℃，Ｃａ２＋ 浓度为３００ｍｇ／Ｌ，恒温１０ｈ的条件下，改变碱度，ＰＡＳＰ 及复配物阻
垢率的变化如图２所示．
由图２可以看出，阻垢效率均随 着 碱 度 的 增 加 而 有 所 下 降．当 碱 度 在 ２００～５００ｍｇ／Ｌ 时，ＰＡＳＰ 与 复
第２期 ＰＡＳＰ 与 ＡＡ／ＡＭ／ＭＡ 共聚物复配阻垢性能研究
２１５
比 １∶２∶１），然 后 加 入 一 定 量 的 蒸 馏 水 ，搅 拌 使 之 溶 解 后 ，慢 慢 滴 加 丙 烯 酸 ．控 温 ７０℃ 左 右 ，按 自 由 基 聚 合 进行合成实验．反 应 时 间 ６～８ｈ，引 发 剂 Ｋ２Ｓ２Ｏ８ 质 量 为 反 应 单 体 总 量 的 ０．３％ ～０．５％，最 后 得 到 目 标 共 聚物 ＡＡ／ＡＭ／ＭＡ． １．３ 静 态 阻 垢 实 验
（３）用于热电厂循环冷却水验证复配阻垢剂效果，加药量仅１．０ｍｇ／Ｌ 时，碳酸钙阻垢率达到１００％． 参考文献：
［１］ 周 俊 ．新 型 生 物 高 分 子 材 料 聚 天 冬 氨 酸 的 合 成 及 应 用 研 究 ［Ｄ］．西 安 ：西 北 大 学 化 工 学 院 ，２００４：１－４． ［２］ ＳＣＨＷＡＭＢＯＲＮ Ｍｉｃｈａｅｌ．Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ｐｏｌｙａｓｐａｒｔｉｃｓ：ａ ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅ ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ ｔｏ ｃｕｒｒｅｎｔｌｙ ｕｓｅｄ ｐｏｌｙｃａｒ－
西安工程大学学报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｘｉ’ａｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
第 ２６ 卷 第 ２ 期 （总 １１４ 期 ）
２０１２ 年 ４ 月
Ｖｏｌ．２６，Ｎｏ．２（Ｓｕｍ．Ｎｏ．１１４）
文 章 编 号 ：１６７４－６４９Ｘ（２０１２）０２－０２１４－０４
ＰＡＳＰ 与 ＡＡ／ＡＭ／ＭＡ 共聚物复配阻垢性能研究