聚天冬氨酸阻垢性能的实验研究_吴治将

目前，低磷、无磷阻垢剂已成为国内外水处理剂研制方面的热点课题。聚天冬氨酸(Polyasparticacid，PASP)是一种具有可生物降解、无毒、不破坏生态环境等特点的“绿色阻垢剂”，能用于冷却水、锅炉用水的处理及脱盐、脱糖、反渗透等过程的水处理中。作为阻垢剂，聚天冬氨酸具有可生物降解性的特点，现已成为了国内外的一大研究热点。国家经济贸易委员会2001年5号公告已将其列入当前国家第一批鼓励发展的节水设备（产品）目录[1-2]。聚天冬氨酸生产工艺的研究，曾获得美国总统绿色化学挑战奖。国家科技部高新技术发展及产业化司曾在2002年7月19日对“工业水处理用绿色药剂聚天冬氨酸（PASP）中试开发及应用研究”这个项目进行了公开招标。国内有关聚天冬氨酸的合成、阻垢缓蚀及可生物降解性能等方面也已开展了一系列的工作[3-4]。本文将采用静态阻垢实验系统研究Ca2+浓度、时间、温度以及pH值对阻垢性能的影响，并确定聚天冬氨酸的作用温度范围，在过冷沸腾实验装置中验证了聚天冬氨酸的阻垢性能。1实验部分1.1试剂马来酸，白色晶体，京笃信精细制剂厂。氨水，25%~28%分析纯，北京化工厂。1.2聚天冬氨酸的表征和性能测试（1）750-FITR红外光谱仪（美国尼高力公司）对聚天冬氨酸进行结构鉴定。（2）微机差热天平(HCT-1，北京恒久科学仪器厂)测定热失重性能。1.3静态阻垢实验在一定浓度的碳酸氢钠标准溶液中加一定量的聚天冬氨酸，摇匀，再加入一定浓度的氯化钙标准溶液,使Ca2+与HCO3-的摩尔浓度比为1∶1。混合均匀后放入恒温水浴中恒温一定时间，冷却后用中速定量滤纸过滤，然后用EDTA络和滴定法测定Ca2+的浓度，同时做空白实验对比。阻垢率按下式计算：η=（1）顺德职业技术学院学报JournalofShundePolytechnic第7卷第3期2009年9月Vol.7No.3Sept.2009收稿日期：2009-07-01作者简介：吴治将（1979-），男，广东佛山人，讲师，博士，研究方向：主要从事制冷与空调技术。聚天冬氨酸阻垢性能的实验研究吴治将1，彭莺2，龙建佑1(1．顺德职业技术学院机电工程系，广东佛山528333；2．广州市质量监督检测研究院，广东广州510110)摘要：基于静态阻垢实验系统，研究了聚天冬氨酸的阻垢性能，探讨了钙离子浓度、时间、温度以及pH值对其阻垢性能的影响，通过红外光谱和热重分析对聚天冬氨酸进行表征，并在过冷沸腾传热装置中实验验证了聚天冬氨酸的抗垢性能。实验结果表明：聚天冬氨酸可耐高温、热稳定性好，可应用于高温水处理系统和高钙离子浓度水处理系统，适用于工业锅炉水处理及供暖水处理系统。关键词：聚天冬氨酸；污垢；阻垢性能；阻垢剂中图分类号：TQ314文献标志码：A文章编号：1672-6138（2009）03-0010-04DOI：10.3969/j.issn.1672-6138.2009.03.003科技与应用ρ4—ρ3ρ0—ρ310第3期吴治将，等：聚天冬氨酸阻垢性能的实验研究式中：ρ0为试验前的试液中Ca2+浓度，mg·mL-1；ρ3为未加阻垢剂的空白试液试验后的Ca2+浓度，mg·mL-1；ρ4为加入阻垢剂试液试验后的Ca2+浓度，mg·mL-1。2结果及讨论2.1聚天冬氨酸的合成以马来酸、氨水为原料，水为溶剂，反应生成马来酸的胺盐。然后在80～95℃温度下进行热缩聚反应得到聚琥珀酰胺水溶液。该水溶液在160～180℃温度下真空干燥或减压蒸馏出水份，然后在210～230℃温度下脱水环化生成聚琥珀酰亚胺。加入氢氧化钠水溶液将其水解成聚天冬氨酸的钠盐，减压过滤，放到鼓风干燥箱中干燥得到固态的聚天冬氨酸钠。图1为实验合成的聚天冬氨酸的红外谱图。从图可见，在3488.32cm-1附近出现的比较宽的吸收峰是二级酰氨键中-NH-的强吸收峰，在2952.29cm-1和2773.21cm-1出现了-CH2基收缩振动峰，在2359.91cm-1形成的是羧基的吸收振动峰；1711.95cm-1处很强的吸收带为酰氨基团(肽键)的吸收峰，这表明单体进行了聚合反应，产物中产生了大量的酰氨基团；在1167.07cm-1附近形成的是C-C的吸收峰。从上述分析可以得知：实验所合成的产品含有酰氨基和羧酸基团，与聚天冬氨酸结构式进行比较，可以初步确定产品为预期产品聚天冬氨酸。图2为PASP的结构式。2.2影响聚天冬氨酸阻垢性能的因素2.2.1Ca2+浓度在pH值为8.5，60℃水浴中恒温6小时，改变Ca2+浓度（Ca2+与HCO3-的摩尔浓度比1∶1），在不同的阻垢剂浓度下，阻垢率的变化情况如图3所示。在不同的Ca2+浓度下，阻垢率随阻垢剂浓度的增大而增大，当阻垢剂浓度达到5mg·L-1的时候，阻垢率上升有所减缓。在Ca2+浓度为1200mg·L-1时，