新型绿色多功能共聚物阻垢剂的合成与性能研究毕业论文

1、宜宾职业技术学院宜宾职业技术学院 毕业设计 题目题目: 新型绿色多功能共聚物阻垢剂的合成与性能研究新型绿色多功能共聚物阻垢剂的合成与性能研究 系系 部部 生物与化工工程系生物与化工工程系 专专 业业 名名 称称 应应 用用 化化 工工 技技 术术 班班 级级 化化 工工 1101 姓姓 名名 罗罗 圣圣 学学 号号 201013388 指指 导导 教教 师师 何何 爱爱 江江 2012 年年 9 月月 新型绿色多功能共聚物阻垢剂的合成与性能研究 指导老师 ：何爱江 2010 级应用化工技术专业 学号:201013388 姓名: 罗圣 摘 要 将马来酸酐（MA）、柠檬酸（CA）、氨水共聚，在主链

2、上引入羧基以改性聚天 冬氨酸，提高了其阻垢性能。实验测定了不同反应条件下产品的阻垢性能，讨论了聚 天冬氨酸共聚物的合成工艺条件。结果表明 n（NH3）：n（MA）：n（CA） =2.2：1：0.09 热聚温度为 170，热聚时间为 15min，合成的 PASP 共聚物用量为 2mg/L 时产品的阻垢效果最好。 关键词：聚天冬氨酸、共聚物、碳酸钙、阻垢性能。 Novel multifunctional green copolymer scale inhibitors synthesis and Properties Research of Teacher: He Aijiang Author：L

3、uo Sheng Abstract Maleic anhydride ( MA ), citric acid ( CA ), ammonia solution copolymerization, in introducing carboxyl group to main chain of modified polyaspartic acid, improves its scale inhibition performance. Experimental determination of the different reaction conditions of product performan

4、ce, discuss the polyaspartic acid copolymer synthesis conditions. The results showed that n ( ammonia ): n ( MA ): n ( CA ) =2.2:1:0.09, thermal polymerization temperature of 170 degrees Celsius, thermal polymerization time of 15min, synthesis of PASP copolymer amount added to 2mg/L product inhibiti

5、on effect best. Key words: polyaspartic acid, copolymer, calcium carbonate, scale inhibition performance 目目 录录 前 言.1 1 阻垢剂简介.2 1.1 阻垢剂的发展史.2 1.2 阻垢剂的分类.2 1.3 存在的问题及研究方向.3 2 阻垢原理.3 2.1 阻垢效应.3 2.2 阻垢机理.3 3 聚天冬氨酸的性质及应用.4 3.1 聚天冬氨酸的特性.4 3.2 聚天冬氨酸的制备方法.5 3.3 聚天冬氨酸的应用.5 3.3.1 阻垢剂.6 3.3.2 分散剂.6 3.3.3 缓蚀剂.6

6、 3.3.4 吸水剂.6 3.3.5 钻井液降粘剂.6 3.3.6 仿生材料.6 3.3.7 日用化学品.6 4 实验准备.7 4.1 试剂及仪器.7 4.1.1 实验试剂.7 4.1.2 实验仪器.7 4.2 阻垢剂的制备.8 4.2.1 实验步骤.8 4.2.2 聚天冬氨酸阻垢剂阻垢性能的测定.8 4.2.3 聚天冬氨酸阻垢剂阻垢性能的测定方法.8 5 实验的初试.9 5.1 实验条件的确定.9 5.1.1 氨与 MA 的摩尔比对产品阻垢性能的影响.9 5.1.2 MA 与柠檬酸的摩尔比对产品阻垢性能的影响.9 5.1.3 热缩合温度对产品阻垢性能的影响.9 5.1.4 热缩合时间对阻垢性

7、能的影响.9 5.1.5 合成条件的优化.9 6 正交实验.9 6.1 实验正交设计.9 6.2 聚天冬氨酸改性正交实验数据及分析.10 6.2.1 胺化时间对平均阻垢率的影响.10 6.2.2 马来酸酐与氨的摩尔比对平均阻垢率的影响.11 6.2.3 MA 与柠檬酸的摩尔比对阻垢率的影响.11 6.2.4 热缩合温度对阻垢率的影响.12 6.2.5 热缩合时间对阻垢率的影响.12 结 论.13 总 结.14 致 谢.15 参考文献.16 0 前言前言 近年来随着中国工业生产的迅速发展，工业水的用量急剧上升。由于工业 水中的钙镁离子等含量较高，在使用中非常容易结垢。这些水垢的导热性很差， 导致

8、金属局部过热，金属强度下降。在工业水循环冷却使用中，过热部位易变 形、鼓泡、甚至引起爆炸事故。水垢较多时还会堵塞管道，影响水的正常循环， 水垢层下也会产生垢下腐蚀，在水中投入阻垢剂能有效的控制水垢的生成。随 着环保与节能意识增强，阻垢剂必会朝着多功能、高效、环保的方向发展。 聚天冬氨酸（PASP）属于聚氨基酸中的一类。聚天冬氨酸因其结构主链上 的肽键容易受微生物、真菌等作用而断裂，最终降解产物是对环境无害的氨、 二氧化碳和水。因此，聚天冬氨酸是生物降解性好、环境友好型化学品。 聚天冬氨酸的用途广泛。它广泛应用于肥料增效、工业水处理、金属切削 液、日用化学品、油田二次采油的注水助剂等领域。此外，

9、聚天冬氨酸在洗涤 剂、高吸水树脂、水煤浆添加剂、光化学品等方面也具有广阔的应用前景。所 以，聚天冬氨酸的应用研究是具有极大的意义。 1 1 阻垢剂简介阻垢剂简介 1.1 阻垢剂的发展史阻垢剂的发展史 聚磷酸盐是使用得比较早得阻垢剂，在 20 世纪 40 年代，聚磷酸盐开始用 于水处理领域，但当时主要是缓蚀，其次才是阻垢常用的磷酸盐有三聚磷酸 （STPP）和六偏磷酸钠（SHMP），其功能主要因磷酸基有较好的阻垢缓蚀效 果，但其含磷高、易水解、用量大、排入水体后易造成水体富营养化。 20 世纪中期，人们采用来源广、价廉、易得的天然聚合物如木质素、壳聚 糖、淀粉和纤维素等作为水处理阻垢剂，它们具有一

10、定的阻垢效果，但它们的 性质不稳定且用量大，满足不了阻垢要求。 60、70 年代，以聚合物为代表的阻垢剂纷纷出现，水处理剂朝着多样性发 展。 80 年代，具有高效阻垢分散效果的聚羧酸类阻垢分散剂继续受到关注。 （如引入磺酸基团，对磷酸钙垢有很好的抑制能力）。 90 年代，具有特种结构和特种性能的阻垢剂开始出现。（如二乙烯三安五 甲叉膦酸）是一种新型的阻垢分散剂，与传统阻垢分散剂相比，对钙的容忍度 大幅度提高，适合超高硬度碱度的废水处理1。 进入 21 世纪，绿色阻垢剂的制备和阻垢机理的研究成为热点。近年来国内 外出现的新型绿色阻垢剂，其具有良好的生物降解性和较高的足够性能，被人 们认为是一类真

11、正的绿色阻垢剂2。 1.2 阻垢剂的分类阻垢剂的分类 阻垢剂是能够防止水垢和污垢产生或拟制其沉积生长的化学药剂。其中聚 合物阻垢剂具有优越的阻垢性能、无害或低害、用量少等优点，为高浓缩倍数 的碱性水处理技术在工业上的实施提供了条件3。 阻垢剂可按来源分为天然阻垢剂和人工合成阻垢剂。天然阻垢剂存在着稳 定性差且用量大的缺点，不能满足日益严格的现代水处理工艺；人工合成阻垢 剂具有优越的阻垢性能、用量少等优点，但人工合成阻垢剂品种较少、成本较 高和不易降解等缺点。 1.3 存在的问题及研究方向存在的问题及研究方向 2 近几年，天然共聚物的合成及应用方面的研究较多，主要用作絮凝剂，作 为阻垢剂的产品种

12、类较少，目前实现工业化的产品就更少。另外，工业废水中 的多样性和复杂性，对阻垢剂亦有选择性，因此对聚天冬氨酸进行改性，开发 出适应不同水质改性聚天冬氨酸将是阻垢剂研究方向之一。 2 阻垢原理阻垢原理 2.1 阻垢效应阻垢效应 阻垢剂的分子结构中都含有多个或多种官能团，在水体系中可能表现出螯 合、吸附和分散作用，能够发挥“一剂多能”的功效，即一种药剂同时具备阻垢、 缓蚀、絮凝、杀菌、分散等性能中的两种或两种以上的性能或体现出不同的效 应。 2.2 阻垢机理阻垢机理 （1）络合增溶：阻垢剂能与水中的钙镁离子形成稳定的可溶性螯合物，从 而提高了水中钙镁离子的允许浓度，相对来说就增大了钙镁盐的溶解度，

13、抑制 了垢的沉积4-5。 （2）晶格畸变作用：未加阻垢剂时，CaCO3微晶成长时按照一定的晶格排 列，结晶致密而坚硬。加入阻垢剂后，若晶体吸附阻垢剂并掺杂在晶格的点阵 中，就会使晶体发生畸变，或者使大晶体内部的应力增大，从而使晶体易于破 裂，阻碍了沉积物的生长4-5。 （3）凝聚与分散作用：对于聚羧酸盐类聚合物阻垢剂在水溶液中解离生成 的阴离子在与 CaCO3微晶碰撞时，会发生物理化学吸附现象而使微晶表面形成 双电子层，使之带负电。聚羧酸盐的链状结构可吸附多个相同电荷的微晶，它 们之间的静电斥力可阻止微晶相互碰撞，从而形成大晶体的形成。在吸附产物 又碰到其它聚羧酸盐离子时，会把已吸附的晶体转移

14、过去，出现晶粒的均匀分 散现象。从而阻碍晶粒间及晶粒与金属表面间的碰撞，减少了溶液中的晶核数， 进而抑制 CaCO3沉淀的生成4-5。 3 3 聚天冬氨酸的性质及应用聚天冬氨酸的性质及应用 3.1 聚聚天天冬冬氨氨酸酸的的特特性性 聚天冬氨酸阻垢剂（简称 PASP）是受海洋动物代谢启发而研制成功的一 种生物高分子材料。它天然于软体和蜗牛类动物的壳中，是由天冬氨酸单体缩 3 水而成的带有羧酸侧链的聚氨基酸，具有类似蛋白质的酰胺键结构，可完全生 物降解为对环境无害的产物，并具有无毒、无磷、无污染以及优异的阻垢分散 性能和良好的缓蚀性能，因而聚天冬氨酸被公认为是水处理剂的更新换代产品。 分子式：C4

15、H6NO3(C4H5NO3)C4H6NO4，相对分子质量：1000-5000。 它是一种带有羧基侧链的氨基酸，由于聚天冬氨酸分子中含有大量的羧基 （-COOH）、羰基（-NHCO-）等极性基团，具有很好的亲水性和水溶性，此外， 侧链上的-COOH 在水溶液中很容易电离，形成羧基负离子(-COO-)，能与多种离 子发生络合反应，使聚天冬氨酸在水溶液中具有很好的化学活性。 聚天冬氨酸是一种带有羧酸侧链的氨基酸，是天冬氨酸单体的氨基和羧基 热缩聚得到的聚天冬氨酸，因其结构主链上的肽键易受微生物、真菌等作用而 断裂，最终降解产物是对环境无害的水和二氧化碳。聚天冬氨酸水凝胶在活性 污泥中的生物降解速度为

16、 28d 达到 76。 利用昆明种小鼠急性毒性实验、Ames 实验、小鼠骨髓嗜多染红细胞微核实 验研究聚天冬氨酸的一般毒性与致突变性，结果显示：聚天冬氨酸既无毒性也 无致突变作用。这为安全使用聚天冬氨酸提供了依据6。 3.2 制备方法制备方法 （1） 以 L-天冬氨酸为原料制备 L-天冬氨酸热缩聚法。反应很容易进行， 但反应不均匀；在溶剂中进行反应，可以降低反应物黏度，使反应均匀彻底， 提高产率。采用的溶剂一般为非质子极性有机溶剂，包括含硫或含氧的杂原子 环状有机物、高沸物的烷醇或正构烷烃。此反应过程较容易控制且重复性好， 转化率可达 94%以上，且设备简单，是比较成熟的一条工艺路线，其缺点是

17、天 冬氨酸成本高，在实际应用中缺乏竞争。 以 L-天冬氨酸热缩聚得到的产物相对分子质量为 2500，而采用磷酸作催化 剂所得到的产物相对分子质量为 5000。两种方法相比，采用 L-天冬氨酸热缩聚 合成聚天冬氨酸工艺简单，而且反应过程只生成少量水蒸气，对环境无污染。 （2）马来酸酐热缩聚法：以马来酸酐为原料合成聚天冬氨酸。这种方法又 可分为三种不同的合成方式，但三种方法均会采用挥发性和刺激性气味较大的 氨水作为原料，会造成浪费和空气污染。 4 （3）马来酸酐和铵盐反应法：这种方法制得的聚天冬氨酸具有很好的阻垢 性能，具有低耗量高效率的特点。 （4）马来酸酐、氨和多元羧酸反应法 利用马来羧酸酐、

18、氨和多元羧酸为 原料，聚合生成聚琥珀酰亚胺共聚物，再经碱溶液水解得到聚天冬氨酸共聚物。 该合成工艺简单易操作，成本低，基本无环境污染，适于工业化生产。合 成的聚天冬氨酸相对分子质量控制在 2000 至 4000，其阻垢性能优异，阻垢率 最高可达 99.8%。 （5）聚天冬氨酸的改性 在聚天冬氨酸主链上增加新的官能团，是据天冬 氨酸具有多官能性，是对据天冬氨酸阻垢剂研究的心趋势。在聚天冬氨酸的主 链上加上某些基团后可以改善其线性结构，增强了其阻垢分散效果。 方法一：采用柠檬酸改性聚天冬氨酸阻垢剂。将一定量的水、马来酸酐、 柠檬酸加入反应器，55水浴搅拌 45min，冷却至室温。将若干量一定浓度的

19、 氨水溶液逐滴滴入冷却的混合液中，加热混合液至 80，真空反应若干小时， 有白色凝胶状物质生成，油浴升温反应一段时间后得到橙红色共聚物，冷却后 用 100/LNaOH 溶液水解共聚物，得到的红棕色澄清液即为据天冬氨酸共聚物的 盐溶液。用 1:1 盐酸中和调 pH 值至中性，加入 NaCl 的甲醇溶液，搅拌得沉淀。 沉淀物经洗涤、干燥得聚天冬氨酸共聚物。合成最佳工业条件为：n（氨）： n（马来酸酐）：（柠檬酸）=2.2:1:0.09(摩尔比)铵化时间为 2.5h，热聚温度 170，热聚时间 15min，合成的共聚物相对分子量为 3500 左右。 方法二：通过氨基甲基磷酸核聚琥珀酰亚胺的氨解反应对

20、聚天冬氨酸进行 改性。 3.3 应用应用 3.3.1 阻垢剂方面的应用阻垢剂方面的应用 油田注入水应达到水质标准较高，注入水必须达到规定指标，包括：水中 杂质含量、细菌含量、腐蚀速度、含铁、含氧、含硫等。油田化工厂的工业循 环用水量也非常巨大，而且工业循环水有离子成分随运转时间增多，为了防止 这些离子形成沉淀，这就要求其加入的阻垢剂对各种成分的垢都有很好的阻垢 效果。目前油田主要都使用含膦的有机阻垢剂，不能有效地抑制磷酸钙垢和锌 5 垢以及解决氧化铁沉淀问题，且本身易形成有机膦酸垢。因此，完全可以使用 PASP进行阻垢尝试6。 3.3.2 分散剂方面的应用分散剂方面的应用 聚天冬氨酸的分子中含

21、有亲水和疏水基团，因此具有表面活性，可以降低 表面张力，有助于水对固体的湿润。这对于油漆、涂料、颜料、填料、粘土之 类物质在水中的分散特别有利7。 3.3.3 缓蚀剂方面的应用缓蚀剂方面的应用 聚天冬氨酸能与钙、镁、铜、铁等多种离子形成螯合物，附着在金属容器 表面阻止金属腐蚀，是一种优良的缓蚀剂，特别适用于防止采油管线中二氧化 碳引起的腐蚀8。 3.3.4 吸水剂方面的应用吸水剂方面的应用 聚天冬氨酸与水分子有强大的亲和力，利用这一性能可将聚天冬氨酸制成 强吸水材料。该吸水树脂可完全生物降解，可用作土壤保湿剂，使在贫瘾、干 旱的土壤上取得丰收、沙漠变绿洲成为可能9。 3.3.5 钻井液降粘剂方

22、面的应用钻井液降粘剂方面的应用 钻井液降粘剂主要是用来降低钻井液的粘度，控制钻井液的流动性。目前， 聚合物降粘剂是钻井液降粘剂的一个发展趋势。这是因为在PASP的分子链中， 含有阴离子基团 -COO-和-CO-还含有-NH+。PASP不仅可以通过阴离子基团分 别吸附在粘土片带正电荷的表面和带负电荷的表面，而且-NH+通过氢键吸附在 粘土片的表面。这样，PASP在粘土颗粒表面上有较大的吸附量，对粘土颗粒进 行较好的包覆，拆散粘土之间形成的结构，使得钻井液的粘度下降，起到较好 的降粘效果10。 3.3.6 仿生材料方面的应用仿生材料方面的应用 首先合成具有不同侧链的聚天冬氨酸或其衍生物，然后将带有

23、不同侧链的 聚天冬氨酸或其衍生物、壳聚糖、含钙溶液在一定温度和 pH 值下进行混合、 反应、沉淀。所得产物具有仿细胞壁膜的性质，是一种环境友好型仿生材料。 该材料具有吸附重金属和某些有机物的功能，可用于脱除重金属、氯代烃、有 6 机颜料、染料等,广泛应用于医药工业、食品工程、印染工业、污水处理等领域 10。 3.3.7 日用化学品方面的应用日用化学品方面的应用 由于绿色环保的特性，聚天冬氨酸可作为新型的日化助剂和各种无毒、无 污染的专用精细化学品。聚天冬氨酸在餐具洗涤剂方面也有类似洗衣剂的作用， 会吸附在碗碟表面，抑制表面腐蚀发毛，产生更好的保洁效果，是清洗硬质表 面餐具洗涤剂的组分之一11。

24、 4 实验实验准备准备 4.1 试剂及仪器试剂及仪器 4.1.1 实验试剂实验试剂 表 4-1-1 主要实验试剂 试剂名称试剂名称规格规格生产厂家生产厂家 马来酸酐 分析纯成都金山化学试剂有限公司 柠檬酸 分析纯成都金山化学试剂有限公司 25%28%氨水 分析纯成都金山化学试剂有限公司 氨水-氯化铵缓冲液 分析纯成都市科龙化工试剂厂 碳酸钠十水 分析纯成都市科龙化工试剂厂 氯化钙分析纯成都市科龙化工试剂厂 氢氧化钠分析纯成都金山化学试剂有限公司 铬黑 T 指示剂分析纯成都金山化学试剂有限公司 EDTA分析纯成都金山化学试剂有限公司 蒸馏水分析纯自制 4.1.2 实验仪器实验仪器（见（见表表 4

25、-1-2） 表 4-1-2 主要实验仪器 实验仪器实验仪器规格（型号）规格（型号）生产厂家生产厂家 磁力加热搅拌器 781金坛市科析仪器有限公司 温度控制器 KW1000金坛市科析仪器有限公司 恒温玻璃水浴 761 型上海标本模型厂制造 电子天平 ESJ604沈阳龙腾电子称量仪器有限公司 7 烘箱 668大连第四仪器厂 4.2 阻垢剂的制备阻垢剂的制备 4.2.1 实验步骤实验步骤 1、用电子天平称取大约 10.0g 马来酸酐、2.0g 左右的柠檬酸，用量杯量取 20mL 蒸馏水于三口烧瓶中加热，加入 40ml 蒸馏水分别加入三口烧瓶中，55 水浴搅拌 45min，冷却至室温。 2、用移液管移

26、取 21mL 氨水于小烧杯中，用胶头滴管将氨水逐滴加入到三口烧 瓶中，加热混合液至 80，反应若干小时，直到有白色凝胶状物生成为止。 3、油浴升温反应直到得到橙红色物质，冷却后用 100g/lNaOH 溶液水解橙红色 物质，得到红棕色澄清液为止。 4、用 1:1 盐酸中和，调节 pH 值至中性，加入 NaCl 的甲醇溶液，搅拌得沉淀， 将沉淀物洗涤、干燥。 4.2.2 聚天冬氨酸阻垢剂阻垢性能的测定聚天冬氨酸阻垢剂阻垢性能的测定 评价阻垢剂阻垢性能常用的方法有临界 pH 值法、鼓泡法、静态阻垢法、 极限碳酸盐法、称垢重法，其中静态阻垢法最为常用，操作简单快捷，故采用 恒温静态阻垢法。分别对加有

27、阻垢剂和未加有阻垢剂的实验水进行加热，促使 CaCO3析出，然后测定水中保留的 Ca2+含量的变化，若水中保留的 Ca2+含量越 高，则成钙垢就越少，阻垢效果就越好。 4.2.3 聚天冬氨酸阻垢剂阻垢性能的测定方法聚天冬氨酸阻垢剂阻垢性能的测定方法 测定 PASP 共聚物对碳酸钙的阻垢率采用 EDTA 滴定法。将一定浓度的 NaHCO3溶液用去离子水稀释到 250mL，加一定量 PASP 共聚物摇匀，再加入 一定浓度的 CaCl2溶液保持 6h，冷却、静止、过滤，取清液 25mL，加入 2,5mL 氨水-氯化铵缓冲溶液。加 1 至 2 滴铬黑 T 指示剂，用 0.02mol/L 的 EDTA

28、溶液 滴定，溶液由酒红色变为蓝色即为终点。配制一份空白水样，做空白试验。根 据空白水样与加阻垢剂水样的 EDTA 消耗量来计算阻垢率。 阻垢率=(V1V0)(V2V0)100 式中：V1溶液加有阻垢剂时，滴定消耗的 EDTA 标准溶液的体积，ml； V2溶液不加有阻垢剂时，室温下消耗的 EDTA 标准溶液的体积， ml； 8 V0不加阻垢剂，80滴定消耗的 EDTA 标准溶液的体积，ml 。 5 实验的初试实验的初试 5.1 实验条件的确定实验条件的确定 柠檬酸改性聚天冬氨酸阻垢剂是一种阻垢性能优异的水处理剂，其合成工 艺简单易操作、成本低、无环境污染，适宜于工业化生产。经查资料，适宜合 成条

29、件初步确定为 n（NH3）：n（MA）：n（柠檬酸）=2.2：1：0.09，胺化时 间为 2.5h，热聚合温度为 170，热聚合时间为 15min。 5.1.1 氨与氨与 MA 的摩尔比对产品阻垢性能的影响的摩尔比对产品阻垢性能的影响 由于反应过程中氨有部分损失，故只有当氨与 MA 的摩尔比大于 1 时才能 维持反应正常进行。故只有多做几组对照实验考查不同氨与 MA 的摩尔比对产 品阻垢性能的影响。 5.1.2 MA 与柠檬酸的摩尔比对产品阻垢性能的影响与柠檬酸的摩尔比对产品阻垢性能的影响 在确定最适宜氨与 MA 的摩尔比的条件下，多做几组不同的 MA 与柠檬酸 摩的合成实验，确定最适宜 MA

30、 与柠檬酸的摩尔比。 5.1.3 热缩合温度对产品阻垢性能的影响热缩合温度对产品阻垢性能的影响 合成聚天冬氨酸共聚物反应属于热缩合反应，其聚合度受热缩合温度影响， 一般来说提高温度有利于缩短缩合时间。初次决定热缩合温度范围为 160 至 190之间 5.1.4 热缩合时间热缩合时间对阻垢性能的影响对阻垢性能的影响 在热缩合温度分别为 160、170、180、190的条件下，考查热缩合时间对 产品阻垢性能的影响，经实验发现 170、180、190均在 15min 的时候的得到 阻垢率最高的产品。 5.1.5 合成条件的优化合成条件的优化 9 经初步试验和分析，最终选择原料用量比、铵化时间、缩合温

31、度、热缩合 时间作为考查因素考察对产品的阻垢性能的影响。 6 正交实验正交实验 6.1 实验正交设计实验正交设计 在合成聚天冬氨酸阻垢剂产品的过程中, 影响因素较多, 故通过正交实验来 选择反应的最优化条件是十分有效的方法。根据反应原理和初步实验可得，聚 天冬氨酸阻垢剂合成产率受到原料用量比、铵化时间、热缩合温度等因素的影 响，因此设计五因素四水平的正交实验表表 1， A 为原料配比（nMA：n浓氨水）， B 为胺化时间（min），C 为原料配比（nMA: nCA）,D 为热缩合温度（），E 为热缩合时间（min）。根据此表头设计, 实验设计见表 1。实验结果及分析见 图 1 至图 5。 表表

32、 1 正交实验设计正交实验设计 组数ABCDE 11：2351：0.0716010 21：2.1451：0.0817015 31：2.2551：0.0918020 41：2.3651：0.119025 6.2 聚天冬氨酸改性正交实验数据及分析聚天冬氨酸改性正交实验数据及分析 6.2.1 胺化时间对平均阻垢率的影响胺化时间对平均阻垢率的影响 73 74 75 76 77 78 2.533.54 胺化时间/h 阻垢率(%) 图 1 铵化时间对平均阻垢率的影响 从图 1 中可以看出胺化时间从 2.5h4h 不等，但对产品平均阻垢率影响不 大。故最适宜胺化时间为 2.5h3h。 10 6.2.2 马来

33、酸酐与氨的摩尔比对平均阻垢率的影响马来酸酐与氨的摩尔比对平均阻垢率的影响 60 70 80 90 100 1:0.071:0.081:0.091:0.11:0.121:0.15 n(MA):n（柠檬酸） 阻垢率（%） 图 2 马来酸酐与氨的摩尔比对平均阻垢率的影响 如上图所示，当 n（氨）：（MA）=2.2:1 时，合成的聚天冬氨酸对产品的 阻垢性能最好。 6.2.3 MA 与柠檬酸的摩尔比对阻垢率的影响与柠檬酸的摩尔比对阻垢率的影响 80 81 82 83 84 85 86 87 2:12.1:12.2:12.3:12.4:12.5:12.6:1 n（氨）：n（MA) 阻垢率（%) 图 3

34、MA 与柠檬酸的摩尔比对阻垢率的影响 11 在最适宜的 n（氨）：（MA）=2.2:1 条件下，如上图所示可以看出随着柠 檬酸量的增加，产品的阻垢率先升后下降。在 n（MA）:n(柠檬酸)=1:0.09 阻垢 率最大，达到 96%左右。故在柠檬酸改性聚天冬氨酸中以 n（MA）:n(柠檬酸) =1:0.09 的比例合成聚天冬氨酸最为适宜。 6.2.4 热缩合温度对阻垢率的影响热缩合温度对阻垢率的影响 60 70 80 90 100 160170180190 热缩合温度/ 阻垢率（%） 图 4 热缩合温度对阻垢率的影响 从如图 4，发现温度对产品阻垢率影响较大，随着温度的升高，产品阻垢 率增大，在

35、 170左右得到的产品阻垢性能最好，随着温度的继续升高阻垢率 则下降，故热缩聚温度控制 170最为适宜。 12 6.2.5 热缩合时间对阻垢率的影热缩合时间对阻垢率的影响响 50 60 70 80 90 100 10152025 热缩合时间/min 阻垢率（%） 170 180 图 5 热缩合时间对阻垢率的影响 如图 5 所示 170、180、190三组温度均在 15min 的时候得到阻垢率最高 的产品。170热缩合时间 15min 得到的产品阻垢率达到 95.9%，180热缩合 时间得到的产品阻垢率为 82.5%，190热缩合时间 15min 时得到的产品阻垢率 为 81.2%。综上实验结果

36、，在最适宜缩合温度 170时，反应时间 15min 得到 的产品阻垢性能最好。 结论结论 柠檬酸改性聚天冬氨酸阻垢剂是一种阻垢性能优异的水处理剂，其合成工 艺简单易操作、成本低、无环境污染，适宜于工业化生产。适宜于工业化生产。 适宜的合成条件为 n（NH3）：n（MA）：n（柠檬酸）=2.2：1：0.09，胺化时 间 2.5h，热聚合温度为 170，热聚合时间控制 15min，合成的聚天冬氨酸的阻 垢性能最好。 13 总结总结 本次实验比较成功，非常感谢何爱江老师的细心指导。在实验过程中遇到 了不少的麻烦，在何老师的帮助下最终解决了问题。由于聚天冬氨酸改性实验 以前从未做过，在初试阶段只能自己摸索。在摸索的阶段是最痛苦的，有很多 的变量都要控制，但这也是锻炼自己的时刻。 本次实验耗时较多、药品消耗量大。得到的产品对 CaCO3垢的阻垢效果不 错，由于时间有限，对 CaSO4的阻垢性能还没进行测定。 通过此次实验既将专业知识应用于实践又锻炼了自我。由于自我水平有限， 论文中