活性炭改性型环氧琥珀酸钠的的制备

合。得到淡黄色或无色黏稠液体，加入适量乙醇沉淀，真空干燥，得白色固体粉末，即为聚环氧琥珀酸钠固体(PESA)。其反应原理如下： 活性炭的胺化改性在一定量活性炭中加入9mol/L的硝酸溶液，70℃下搅拌10h后抽滤，用蒸馏水洗涤至中性后于110℃下干燥l0h记为A,在定量干燥过的A中加人过量的氯化亚矾,78℃回流4h，减压蒸出剩余的氯化亚矾后记为B，将缓慢加人到过量的乙二胺中,120℃将PESA上与改性活性炭按一定比例，水浴加热60℃下反应2h，以合成部分接枝产物记为PESA—其反应原理之一如下：PESA—1的理想模型：最终通过“油田用防垢剂性能评定方法”评定不同比例下（改性活性炭：PESA）的阻垢性能及单一PESA的阻垢性能。2.3.3产物阻垢性能的测定本实验采用的阻垢性能的测定方法为中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T5673—93。3结果与讨论3.1产物的表征3.1.1聚环氧琥珀酸钠的红外谱图以50ml的50%环氧琥珀酸钠溶液做单体与1.2g氢氧化钙为引发剂在反应温度为95℃通过图3.2与图3.1的比较可以看出：3235cm-1附近的环氧基的特征吸收峰消失；1271cm-1处为C-O-C（闭环）的特征峰消失；而在1118cm-1处出现C-O-C开环后特征吸收峰；这说明环氧琥珀酸钠进行了聚合反应。图3.2聚环氧琥珀酸钠的红外谱图此外，图3.2中还有以下吸收峰:1610cm-1和1432cm-1处为COONa的吸收峰，由此可以推断其即为聚环氧琥珀酸钠的红外光谱图。3.1.2改性活性炭A表面酸量的滴定活性炭表面酸量的滴定采用Boehm法对硝酸氧化前后活性炭表面酸量进行滴定。在25mL0.05mol/LNaOH、Na2CO,、NaHCO,的溶液中分别加人0.39活性炭A，25℃下振荡24h，过滤，取10mL滤液加入到3.2PESA—1的合成工艺通过实验可知对聚环氧琥珀酸钠的阻垢率有重大影响的因素有：投料比；聚合反应时间；聚合反应温度。故通过控制变量法对这几种因素进行了多组实验以得出最佳配方。以下即为其实验结果的分析与讨论。3.2.1引发剂用量对PESA阻垢性能的影响在钙离子浓度为100mg/L，阻垢剂用量50mg/L的情况下，对其产物进行阻垢性能测试。此产物由50ml的50%浓度的PESA溶液在聚合温度与聚合时间等条件相同的情况下，通过改变其引发剂用量来考察其对PESA—1阻垢性能的影响，其实验结果如下表3.5和图3.7所示：表3.5引发剂用量对PESA阻垢性能的影响引发剂用量/g0.51.01.52.02.53.0阻垢率/%73.788.283.880.378.475.2图3.7引发剂用量对聚环氧琥珀酸钠阻垢效率的影响由表3.5和图3.7可知在其他条件相同的情况下，引发剂用量为1.2g时，产物PESA的阻垢效率最好，这是由于引发剂用量的变化能够影响产物聚环氧琥珀酸钠的分子量，其分子量随着引发剂用量增大而增大，当其分子量达到某一值时其阻垢效率最好即引发剂用量为1.2g时。3.2.2聚合温度对PESA阻垢效率的影响在钙离子浓度为100mg/L，阻垢剂用量50mg/L的情况下，对其产物进行阻垢性能测试。此产物由50ml的50%浓度的PESA—1溶液与1.2g引发剂反应，在聚合时间相同的情况下，通过改变聚合温度来考察其影响，其实验结果如下表3.6和图3.8所示：表3.6聚合温度对PESA阻垢效率的影响聚合温度/℃80859095100105阻垢率/%53.268.482.791.285.583.8图3.8聚合温度对PESA阻垢性能的影响由表3.6和图3.8可以看出在其他条件相同的情况下，聚合温度为95℃时，其生成的PESA的阻垢效率最好，其原因可能是因为随着温度的上升，聚环氧琥珀酸钠的聚合度也随之上升，而伴着聚合度的上升所得到的聚环氧琥珀酸钠的分子量也会上升，当其温度升到95℃时其产出的聚环氧琥珀酸钠的分子量正好是最佳阻垢率时的分子量，所以聚合温度为3.2.3聚合时间对聚环氧琥珀酸钠阻垢效率的影响在钙离子浓度为100mg/L，阻垢剂用量50mg/L的情况下，对其产物进行阻垢性能测试。此产物由50ml的50%浓度的PESA溶液在聚合温度为95℃时与1.2g表3.7聚合时间对PESA阻垢性能的影响聚合时间/h12345阻垢率/%75.277.783.470.8、55.3图3.9聚合时间对PESA阻垢性能的影响由表3.7和图3.9可以看出在其他条件相同的情况下，聚合时间为3h时其生成的产物的阻垢性能最好，这是由于随着时间的变化其生成的聚环氧琥珀酸钠的分子量也不同，在温度为3h时其生成的聚环氧琥珀酸钠的分子量最好。3.2.4PESA与改性活性炭的配比对在钙离子浓度为100mg/L，阻垢剂用量50mg/L的情况下，对其产物进行阻垢性能测试。由图可知当mPESA:m改性活性炭=12：1时阻垢效果最好。实验最终产物主要是接枝活性炭与PESA的混合物，接枝活性炭具有较强的吸附能力，使得阳离子不易摆脱吸附，而PESA具有较强的活动能力，能完成快速捕捉。所以两者是互补的，只有在恰当的比例下才能起到最佳效用。3.2.5PESA与PESA—1阻垢效率的比较在钙离子浓度为100mg/L的情况下，对两者进行阻垢性能测试。最终测定当PESA—1为38mg/L时，其阻垢效率为85％，从而得知PESA—1的阻垢效率更高，约提高24％。3.3PESA—1的应用与阻垢性能3.3.1PESA—1的阻垢机理与应用由于此产品为水溶性药品，故在石油开采过程中可以将其按实际需要配置一定的浓度，加入水中一起注入即可。其阻垢机理主要有以下几个方面：1：PESA分子链上含有丰富的醚基、羧酸根离子，两者能与成垢阳离子反应生成稳定的可溶的螯合物。2.PESA吸附在晶体表面及掺杂在晶格的点阵中使晶体发生畸变,使大晶体内部的应力增大,从而使晶体易于破裂。3.PESA与晶体碰撞时会发生物理化学吸附现象而使微晶表面形成双电层阻止微晶碰撞变大。4.接枝上PESA链后吸附炭选择性、溶解性均能得到提高，能选择吸附和成垢阳离子和微晶粒子(如晶核)。3.3.2阻垢剂用量对聚环氧琥珀酸钠阻垢性能的影响在钙离子浓度为100mg/L的情况下进行阻垢性能测试，其实验结果如下表3.9和图3.11所示：表3.9阻垢剂用量对聚环氧琥珀酸钠阻垢性能的影响阻垢剂用量/g102030405060阻垢率/%25.353.583.885.386.287.1图3.11阻垢剂用量对聚环氧琥珀酸钠阻垢性能的影响由表3.9和图3.11可知当PESA—1浓度从低逐渐增大时，其阻垢率也随之上升，但当阻垢剂浓度达到一定值时，阻垢率不再继续增大且保持在一稳定值左右。由于PESA—1的活性基团羧基官能团(COOH)与醚基（—O—)，可以与水中的钙离子螯合，在垢生成过程中它被吸附在垢晶体表面，使之不能正常生成而发生畸变，从而阻止垢的生成。另外，它对水中沉淀物有较强分散作用，可与钙离子形成络合物，混入无机盐晶格内，使沉淀物流态化。当聚合物用量达到一定量完全可与钙离子螯合后，其阻垢性能就保持不变了。4结论本实验通过活性炭对PESA进行改性，最终得到最佳方案：PESA最佳合成方案的配方为：n(顺丁烯二酸酐):n(氢氧化钠):n(氢氧化钙)=1:1.9:0.08；环氧化反应的最适PH为6，温度为55℃，时间2h，聚合反应的最适PH为12，温度为95℃，反应时间为3h。m(活性炭):v(硝酸):v(氯化亚矾)=2:9:3；羧酸化最适温度为70℃，时间10h。酰氯化最适温度为78℃，时间4h。m(PESA):m(活性炭)=12：1，反应温度65参考文献[1]陆柱,陈中兴,蔡兰坤,等.水处理技术[M].上海:华东理工大学出版社,2021:1-2.[2]纪永量.高擎可持续发展的旗帜,促进水处理行业发展[J].工业水处理,2021,18(1):l-4.[3]何耀春,王江,黄步耕等.咪唑啉衍生物MC、MP的合成及在油田回注水中的缓蚀阻垢作用[J].油田化学,2021,14(4):336-339.[4]杨光.油气井二氧化碳腐蚀研究[J].全面腐蚀控制,2021,10(5):25-26.[5]ComptonRG,DalyPJ.Thedissolution/precipitionkinet-icsofcalciumcarbonate:anassessmentofvariouskineticsequationsusingarotatingdiskelectrode[J].JournalofColloidandInterfaceScience,1987:115,493.[6]MorgenthalerLN,KhaibZI,FrenchRNi,CoxKR.ChemicalsimulateforscaleproblemsinOilandgasproduction.MaterialPerformance,1991:37.[7]GeigerGE.Improvecorrosionanddepositioncontrolinalkalinecoolingwatersystems.HydrocarbonProcessing.1996:93.[8]PatelS,NicolAJ.Developingacoolingwaterinhibitorwithmultifunctionaldepositcontrolproperties.MaterialPerformance,1996:41.[9]王睿,等.阻垢剂作用机理研究[J].化学工业与工程,2021,18(2):80.[10]SuitorJW,MarnerWJ,RitterRB.Thehistoryandstatusofresearchinfoulingofheatexchangerincoolingwaterservice[J].CanJChem.Eng,1977,55:374.[11]郑邦乾,朱清泉.高分子阻垢剂及其阻垢机理[J].油田化学,1984,(2):181.[12]杨莹琴,段香芝,平坤.[J].信阳师范学院学报,2021,17(2):221-223.[13]胡兴刚,靳晓霞,孙继,等.[J].工业水处理,2021,23(11):30-34.[14]冯辉霞,王毅.生态化学与人类文明[M].北京:化学工业出版社,2021.[15]吕志芳,董伟,夏明珠,等.[J].工业水处理,2021,21(3):23-25.[16]RobertJR,KimCL.[J].MaterialsPerformance,2021,(2):35-37.[17]魏刚,许亚男,熊蓉春,等.[J].北京化工大学学报,2021,28(1):35-37.[18]KaoCorp.Watertreatingagent[P].JP04166298,1990-10-30.[19]BetzLaboratoriesInc.Methodofinhibitingcorrosioninaqueoussystems[P].US5256332,1993-10-26.[20]吕志芳,董伟,夏明珠,等.[J].工业水处理.2021,21(3):23-25.[21]白华萍,赵志仁,雷武,等.[J].工业水处理.2021,22(12):24-26.[22]BetzLaboratoriesInc.Methodsofcontrollingscaleformationinaqueoussystems[P].US5062962,1991[23]熊容春,魏刚,周娣.[J].工业水处理,2021,19(3):11-13[24]王风云,吕志芳,董伟,等.[J].应用化学,2021,18(9):746-748.致谢本设计的完成是在我们的导师马爱洁老师的细心指导下进行的。在每次设计遇到问题时老师不辞辛苦的讲解才使得我的设计顺利的进行。从设计的选题到资料的搜集直至最后设计的修改的整个过程中，花费了马爱洁老师很多的宝贵时间和精力，在此向导师表示衷心地感谢！导师严谨的治学态度，开拓进取的精神和高度的责任心都将使学生受益终生，在此表示深深的谢意。毕业设计（论文）知识产权声明毕业设计（论文）知识产权声明本人完全了解西安工业大学有关保护知识产权的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引力波的实验探测给我们的启示摘要：引力理论的发展经历了数百年，从牛顿到爱因斯坦，从万有引力定律到广义相对论。在这过程中，科学家们引力波的预言质疑不休、争论不止。而引力波的实验探测无疑证明了一切。引力波的发现，弥补了爱因斯坦的广义相对论的漏洞，也确定了他的理论的正确。这是人类史上出现的又一契机，它将为人类社会带来重大变革。“破五”是中国传统迎财神的日子。2016年的这一天，却一个让全世界物理学界沸腾的日子，甚至许多的物理学家为之痛哭流涕——被预言已经百年的引力波，终于被探测到了。引力是什么？在今天人们所知道的物质的四种基本相互作用中，引力作用为最弱。四种相互作用按作用强度比例顺序是：强相互作用(1),电磁相互作用(10),弱相互作用(10),引力相互作用(10)。因此，在研究基本粒子的运动时，引力一般略去不计。但在天文学领域内，由于涉及的对象的质量极其巨大，引力就成为不仅支配着天体的运动，而且往往是天体的结构和演化的决定因素。引力并不是一种所谓的“力”，而是一种属性。牛顿在1687年出版的《自然哲学的数学原理》一书中首次提出万有引力定律，基于此，他结识了彗星的运动轨道和地球上的潮汐现象，并根据万有引力定律成功地预言并发现了海王星。万有引力定律出现后，才正式把研究天体的运动建立在力学理论的基础上，从而创立了天体力学。简单的说，质量越大的东西产生的引力越大，地球的质量产生的引力足够把地球上的东西全部抓牢。1905年，爱因斯坦提出狭义相对论，突破了绝对时间和绝对空间的概念，否定了瞬时超距作用，从根本上动摇了建立在这些旧观念基础上的牛顿引力理论。经过十年的探索后，爱因斯坦于1915年提出了迄今为止最成功的近代引力理论——广义相对论。广义相对论中，引力被归咎于时空的弯曲。这种弯曲是由物质造成的，物质的质量越大，所形成的扭曲也就越严重。但是这种弯曲，对于人类来说根本感知不到，一是因为人类伴随这种弯曲一起弯曲了，而是由于这种弯曲太微小。大质量物体发生的扭曲引起了震动，而这种震动，就是引力波。科学家们通过探测这种时空震荡，来证实引力波的存在。早在1916年，爱因斯坦在广义相对论中就预言了引力波的存在。而科学家们普遍认为，这次LIGO这一发现是爱因斯坦相对论实验验证中最后一块缺失的“拼图”，证实了爱因斯坦广义相对论的正确性，弥补了爱因斯坦的广义相对论的漏洞，验证了已故科学家爱因斯坦的预言。探测的仪器叫做迈克尔逊干涉仪，或是LIGO。LIGO的“两条腿”都有4千米长，最近的一次升级就花去了几十亿美元。LIGO的原理是什么？简单来说是利用光速不变，在同样的直线路程里测试耗时，而通过时间的偏差（尽最大可能排除误差，也是耗资巨大的原因）来判定空间确实存在震动。这样的实验设置基于爱因斯坦的假设：光速不变，是因为以光的视角看，它沿途经过的空间发生了折叠伸缩。可能的引力波探测源包括致密双星系统（白矮星，中子星和黑洞）。在2016年2月11日，LIGO科学合作组织和Virgo合作团队宣布他们已经利用高级LIGO探测器，首次探测到了来自于双黑洞合并的引力波信号。在过去的数十年里，许多物理学家和天文学家为证明引力波的存在进行了大量研究。其中，泰勒和赫尔斯由于第一次得到引力波存在的间接证据荣获1993年诺贝尔物理学奖。到目前为止，类似的双中子星系统已经发现了近十个，但是双黑洞系统却是首次。在实验方面，第一个对直接探测引力波作伟大尝试的人是韦伯。虽然他的共振棒探测器最后没能找到引力波，但是韦伯开创了引力波实验科学的先河，为如今的硕果打下了基础。因为在地面上很容易受到干扰，所以物理学家们也在向太空进军。欧洲的空间引力波项目eLISA（演化激光干涉空间天线）。eLISA将由三个相同的探测器构成为一个边长为五百万公里的等边三角形，同样使用激光干涉法来探测引力波。此项目已经欧洲空间局通过批准，正式立项，目前处于设计阶段，计划于2034年发射运行。作为先导项目，两颗测试卫星已经于2015年12月3日发射成功，目前正在调试之中。中国的科研人员，在积极参与目前的国际合作之外之外，也在筹建自己的引力波探测项目。引力波的实验探测引起了世界范围的轰动，这些探测极其不易，宇宙中发生爆炸性的大事件时产生的引力波，才相对容易探测到，例如黑洞合并、星系合并、超新星爆炸等。100年前，爱因斯坦在预言引力波存在时就曾说：“这些数值是如此微小，她们不会对任何的东西产生显著的作用，没人能够去测量它们。”蔡一夫给出解释：“时间发生得越早，距离越远，越会在宇宙中传播期间被红移。红移指的是由于宇宙本身的膨胀将所有的波动的波长拉直拉平，这样其波动性就难以被探测到。例如，这次LIGO探测到的引力波，是13亿年以前两个大约30个太阳质量的黑洞并合所产生的引力波，振幅之小，是在原子核尺寸的千分之一的尺度。能探测到真的是非常不容易，LIGO实验组的科学家们也是在几十年里经历多次挫折，不断调整方案，改进仪器，才最终探测到的。”所以它的成功探测也标志着在这个领域人类的技术进步到了前所未有的水平。而它所具有的里程碑意义不止在科学情感上，更在于能够打开人类的一个新的世界——每个人都对它满怀期待。如果电磁波探测是人类的眼睛，那么人类又多了一双聆听外界的耳朵。马克斯·普朗克引力物理研究所说：“在《星际穿越》和《三体》中，都不约而同地将引力波选为了未来科技发达的人类的通讯手段，这也许只能是美好的幻想，但对于天文研究而言，引力波的确开启了一扇新的窗口。吹进来的第一缕清风，就带来了一个重大的信息：极重的恒星级双黑洞系统存在并可以在足够短的时间（10亿年）内并合。这是让我们始料未及的。谁能知道在将来的更多的探测中，LIGO和一众引力波探测器能带给我们什么样的惊喜呢？”引力波有两个非常重要而且比较独特的性质。第一：不需要任何的物质存在于引力波源周围。这时就不会有电磁辐射产生。第二：引力波能够几乎不受阻挡的穿过行进途中的天体。比如，来自于遥远恒星的光会被星际介质所遮挡，引力波能够不受阻碍的穿过。对于天文学家来说，这两个特征允许引力波携带有更多的之前从未被观测过的天文现象信息，而每一个电磁波谱的打开，都会为我们带来前所未有的发现。天文学家们同样期望引力波也是如此。而引力波本身的性质也可能对基础物理学产生巨大的影响。另外，引力波蕴含的，很可能是宇宙诞生的画面。我们从小都被告知一个最著名的猜想——宇宙是在一场爆炸中诞生的。这意味着，在时空的开始，宇宙又一次最为剧烈的震动。引力波就能让我们还原这个震动——它是否存在？有多大规模？不仅如此，引力波还能传递信息——我们看不到的宇宙空间在发生什么？据科学家解释，这次的引力波就是在遥远的距离上巨大的黑洞变化引起的。而这一结果也证明了黑洞真实存在——至少是广义相对论预测的由纯净、真空、扭曲时空组成的完美圆形物体。并且，引力波传递的信息可以让科学家更精确地估计宇宙膨胀的速度。总而言之，一个新的重大科学发现，总会给人类社会带来无法预估的发展。18世纪面熟电磁波的麦克斯韦理论确认的时候，也没人知道会给人类带来什么，但是现在不管是电视机还是移动电话，都与电磁现象有关。引力波的发现类似当年的发现X光一样，是一种工具。有了这个工具，我们可以利用引力波的观察，去观察遥远的宇宙的现象。发现暗物质、时空穿梭等等才是有可能实现的事情。如果没有引力波，以我们现有的技术是做不到这些科幻世界才有的事情的。“既然引力波是存在的，基于引力波的科研思路可信性就大大提高了。就好像走一条未知的路，走到半路，有人怀疑不对，结果证实是对的，那么就可以加快步伐了。”苏萌说。世界各国都加大了探测研究引力波的力度，我国也紧跟探索引力波的步伐。“天琴计划”参与者、中山大学天文与空间科学研究院院长李淼教授介绍，“天琴计划”是我国自主开展空间引力波探测的可行方案，发射三颗卫星探测引力波，该计划预期执行期为2016~2035年，分四阶段实施。项目还将挖山洞，建观测站以及建设综合研究大楼。预计拟投三亿启动。天琴计划预期执行期为2016-2035年，分四阶段实施：（1）2016-2020年：完成月球/深空卫星激光测距、空间等效原理检验实验和下一代重力卫星实验所需关键技术研发。主要研发成果包括：新一代月球激光测距反射器、月球激光测距台站、高精度加速度计、无拖曳控制（包含微推进器）、高精度星载激光干涉仪、星间激光测距技术等；（2）2021-2025年：完成空间等效原理检验实验和下一代重力卫星实验工程样机，并成功发射下一代重力卫星和空间等效原理实验卫星。主要研发成果包含：超静卫星平台、高精度大型激光陀螺仪以及进一步提高加速度计、无拖曳控制、高精度星载激光干涉仪、星间激光测距等技术；（3）2026-2030年：完成空间引力波探测关键技术，完成卫星载荷工程样机；（4）2031-2035年：进行卫星系统整机联调测试、系统组装，发射空间引力波探测卫星。李淼介绍，“天琴计划”的出发点是切实根据我国的技术能力实际和未来几十年的发展前景，提出我国自主开展空间引力波探测的可行方案。在目前讨论的初步概念中，天琴将采用三颗全同的卫星构成一个等边三角形阵列，每颗卫星内部都包含一个或两个极其小心悬浮起来的检验质量。卫星上将安装推力可以精细调节的微牛级推进器，实时调节卫星的运动姿态，使得检验质量始终保持与周围的保护容器互不接触的状态。这样检验质量将只在引力的作用下运动，而来自太阳风