AA_HAPS共聚物阻垢性能研究_林保平

①AA/HAPS共聚物阻垢性能研究林保平王国力顾叙元郭航(东南大学化工系,南京210096)摘要本文合成了一系列AA/HAPS共聚物,探讨了共聚组成、共聚物浓度、pH值、钙离子浓度及温度对共聚物组垢率的影响。研究结果表明,AA/HAPS共聚物具有优异的阻碳酸钙垢和阻磷酸钙垢性能。关键词:共聚物,阻垢率,碳酸钙,磷酸钙合成聚合物阻垢分散剂阻垢性能好,热稳定性高,无毒或低毒,对生态环境无污染,因而成为水处理领域的研究热点。为了有效地阻止碳酸钙垢,磷酸钙垢的沉积及阻止聚合物-钙离子凝胶的形成,开发了一系列的水溶性共聚物阻垢分散剂。其中由丙烯酸(AA)与2-羟基-3-烯丙氧基-1-丙基磺酸(HAPS)共聚而成的阻垢分散剂尤为引人注目[1,2]。本文合成了一系列的AA/HAPS共聚物,探讨了共聚组成与阻碳酸钙垢及阻磷酸钙垢性能之间的关系,并考察了共聚物浓度、钙离子浓度、pH值及温度对共聚物阻垢性能的影响。1实验部分1.1原料AA、异丙醇为化学纯;过硫酸铵为分析纯;HAPS自制。1.2AA/HAPS共聚物制备在带有搅拌器、温度计、回流冷凝管的500ml四颈瓶内加入一定量的去离子水、分子量调节剂异丙醇和引发剂过硫酸铵,通N2保护,加热溶液到80℃。将按一定比例配制的AA、HAPS及去离子水的混合溶液在2h内逐步滴加到反应瓶内,滴加完成后将反应温度升至90℃,保温2h,使单体完全聚合,然后冷却出料,取样测定固含量和特征粘度。一系列AA/HAPS共聚物水溶液的固含量及特征粘度如表1所示。表1AA/HAPS共聚物水溶液性质AA/HAPS(mol比)100/092/888/1284/1680/20固含量(%)27.427.227.127.027.1特征粘度*(dL/g)0.20180.20160.20170.20130.2013*在30±0.05℃,1mol/LNaCl溶液中测定。1.3阻垢率测定对碳酸钙垢的阻垢率测定采用EDTA滴定法[3]。pH值采用由碳酸钠和碳酸氢钠组成的第22卷第1期1996年2月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.22No.1Jan.,1996①收稿日期:95-07-17DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.1996.01.011缓冲溶液调节。对磷酸钙垢的阻垢率测定采用比色法[4]。2结果及讨论图1共聚组成与阻垢率的关系2.1共聚组成对阻垢率的影响共聚物组成对碳酸钙垢阻垢效果的影响如图1所示。在钙离子浓度(以碳酸钙计)258mg/L,碳酸根离子浓度(以碳酸钙计)200mg/L,溶液pH为9.2,共聚物浓度8mg/L,60℃恒温18h的条件下,AA/HAPS共聚物随共聚物中HAPS含量的增加对碳酸钙垢沉积的抑制能力增加。由于HAPS单体中同时含有羟基和磺酸基团,因而共聚物中HAPS含量的提高,实际上是共聚物中羟基和磺酸基团数目的增加,羧基数目相对减少。通常情况下,在聚羧酸中单独引入羟基如丙烯酸/丙烯酸羟丙酯(HPA)共聚物,或单独引入磺酸基团如丙烯酸/2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙基磺酸(AMPS)共聚物,随着羟基或磺酸基团数目的增加,阻碳酸钙垢性能下降。而AA/HAPS共聚物,HAPS的mol含量在20%以内,随羟基和磺酸基团数目的增加,阻碳酸钙垢性能增加。显然,AA/HAPS共聚物在水溶液中的立体结构和构象与其它共聚物的不同,羧基、羟基和磺酸基团三者之间协同作用的结果,有利于对碳酸钙垢沉积的抑制作用。AA/HAPS共聚物对磷酸钙垢沉积同样具有优异的抑制性能。图2所示为在钙离子浓度(以碳酸钙计)245mg/L,磷酸根离子浓度5mg/L,共聚物浓度10mg/L,溶液pH为9.15,80℃恒温10h的条件下测得的共聚物组成与阻垢率之间的关系曲线。由图可见,AA/HAPS共聚物对磷酸钙垢沉积的抑制能力随HAPS含量的增加呈上升趋势。这种增加趋势说明,就阻磷酸钙垢性质而言,AA/HAPS共聚物与AA/HPA、AA/AMPS共聚物类似,羟基和磺酸基团的引入提高了共聚物对磷酸钙的螯合和分散能力,从而提高了共聚物阻磷酸钙垢的性能。2.2阻垢剂浓度对阻垢率的影响AA/HAPS共聚物和聚丙烯酸(PAA)两种阻垢剂浓度与阻碳酸钙垢效果之间的关系(图3)表明,在钙离子浓度(以碳酸钙计)258mg/L,碳酸根离子浓度(以碳酸钙计)200mg/L,溶液pH为9.2,60℃恒温18h的条件下,AA/HAPS共聚物的阻垢性能明显优于PAA的阻垢性能。AA/HAPS共聚物浓度在8mg/L之间,随共聚物浓度的增加,阻垢率迅速增加,当浓度达到8mg/L后,继续增加共聚物浓度,阻垢率增加幅度趋于平缓。PAA浓度在15mg/L之前阻垢率随浓度的变化趋势与AA/HAPS共聚物的大致相同,当PAA浓度超过15