烯丙氧基聚醚無磷阻垢劑的合成及其熒光示蹤性能研究.pdf

1、目前，我國(guó)工業(yè)冷卻水的緩蝕阻垢主要用磷系配方，因此在工業(yè)冷卻水中不可避免會(huì)產(chǎn)生磷酸鈣垢，磷酸鈣垢會(huì)使設(shè)備的傳熱效率下降而影響傳熱的正常進(jìn)行，甚至?xí)乖O(shè)備堵塞而停工。所以，新型高效多功能的磷酸鈣阻垢劑的開發(fā)具有非常重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。聚醚類磷酸鈣阻垢劑是一類新型多功能的綠色精細(xì)化工品：它在水中毒性小，與其他類型的表面活性劑相容性好，具有良好的潤(rùn)滑作用、鋪展性和乳化穩(wěn)定性等特殊性質(zhì)。 本文合成了系列多功能磷酸鈣阻垢劑，并通過傅立葉

2、紅外光譜（Fourier transform infrared spectroscopy，F(xiàn)T-IR）和核磁共振氫譜（1H Nuclear magnetic resonance，1H-NMR）對(duì)它們的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，對(duì)它們的性能進(jìn)行了測(cè)定。 以聚乙二醇單烯丙基醚（Polyethylene glycol monoallyl ether， PEGAE）和氨基磺酸為原料制得了烯丙氧基聚乙氧基硫酸銨（Ammonium allylpoly

3、ethoxy sulphate，APES），將APES、馬來酸酐（Maleic anhydride，MA）和MA-丙烯酸（Acrylic acid， AA）共聚物置于水中，使APES和MA的自由基共聚、APES和MA-AA共聚物的接枝共聚同時(shí)進(jìn)行，合成了（MA-AA）-g-APES和APES-co-MA共存的混合共聚物阻垢劑（MIX-APES）并得到了最佳合成條件：MA：APES：MA-AA的摩爾比為2：3：3，過硫酸鉀與APES單體質(zhì)

4、量比為8％，聚合溫度80℃，聚合時(shí)間2h。FT-IR和1H-NMR確證了（MA-AA）-g-APES和APES-co-MA的結(jié)構(gòu)。MIX-APES阻垢劑既有優(yōu)異的阻磷酸鈣性能，又有良好的阻碳酸鈣能力。MIX-APES阻垢劑用量5 mg·L-1，溫度80℃時(shí)，阻磷酸鈣率98．89％，溫度50℃時(shí)，用量25 mg·L-1，阻碳酸鈣率97．97％，用量5 mg·L-1，阻磷酸鈣率100．0％，且碳酸鈣垢層松軟，易于去除。 MIX-A

5、PES阻垢劑在高溫時(shí)阻磷酸鈣性能優(yōu)異而阻碳酸鈣的功效并不顯著，因而將其與聚環(huán)氧琥珀酸（Polyepoxysuccinic acid，PESA）復(fù)配，結(jié)果表明：藥劑用量相同時(shí)，PESA與MIX-APES阻垢劑按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為3：7制得的復(fù)配藥劑在80℃時(shí)阻碳酸鈣和磷酸鈣性能分別與單一的PESA和單一的MIX-APES阻垢劑性能一致，彌補(bǔ)了MIX-APES阻垢劑高溫時(shí)阻碳酸鈣效果差的缺陷，復(fù)配藥劑在高溫時(shí)對(duì)循環(huán)冷卻水中碳酸鈣和磷酸鈣都效果優(yōu)良

6、。復(fù)配藥劑在此比例用量為10 mg·L-1，溫度80℃時(shí)，阻磷酸鈣率98．44％，同樣情況下MIX-APES阻垢劑阻磷酸鈣率96．67％而PESA只有3．0％。復(fù)配藥劑阻碳酸鈣率91．76％，同樣情況下PESA阻垢劑阻碳酸鈣率75．86％而MIX-APES阻垢率只有58．63％。 無磷的磷酸鈣阻垢劑因結(jié)構(gòu)中不含磷而無法用常用的磷鉬酸法檢測(cè)。以8-羥基-1，3，6-芘三磺酸鈉和烯丙基氯為原料合成了水溶性熒光單體8-烯丙氧基-1，3

7、，6-芘三磺酸鈉（8-Allyloxy-1，3，6-pyrene trisulfonic acid， trisodium salt， AP），并通過FT-IR和1H-NMR對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了確證。再將AP與MA、APES共聚合成了熒光示蹤的聚醚阻垢劑MA-APES-AP，其結(jié)構(gòu)也通過FT-IR和1H-NMR進(jìn)行了確證。對(duì)MA-APES-AP的熒光性質(zhì)和阻磷酸鈣性能進(jìn)行研究的結(jié)果表明：熒光強(qiáng)度與質(zhì)量濃度呈良好的線性關(guān)系，線性相關(guān)系數(shù)為0．99

8、16，檢測(cè)下限為1．006 mg·L-1。磷酸鈣靜態(tài)阻垢性能評(píng)定的結(jié)果表明：用量15mg·L-1、溫度為80℃時(shí)，阻磷酸鈣垢率為95．99％。MA-APES-AP阻磷酸鈣功效顯著并能夠?qū)崿F(xiàn)在線檢測(cè)。 新型無磷的磷酸鈣阻垢劑雖然阻磷酸鈣效率高，但它們的結(jié)構(gòu)中仍含有氮營(yíng)養(yǎng)元素，長(zhǎng)期使用仍然會(huì)造成水體富營(yíng)養(yǎng)化。以聚乙二醇單烯丙基醚、氯乙酸、NaOH為原料，經(jīng)羧甲基化制得烯丙氧基聚乙氧基羧酸鈉（Allyloxy polyethoxy c

9、arboxylate，APEC），再將APEC與MA自由基共聚得到了無磷非氮的MA-APEC磷酸鈣阻垢劑。MA-APEC的結(jié)構(gòu)通過FT-IR和1H-NMR得到了證實(shí)，探討了MA-APEC的分子量對(duì)其阻磷酸鈣的影響和MA-APEC在水中的鈣容忍度，結(jié)果表明分子量在4583左右的MA-APEC才會(huì)有好的阻垢效果，MA-APEC在鈣離子濃度為2000mg·L-1時(shí)仍然能達(dá)到72．52％的磷酸鈣阻垢率，說明MA-APEC具有高鈣容忍度并且阻磷酸

10、鈣效果優(yōu)良。 熒光示蹤的聚醚阻垢劑MA-APES-AP雖然阻磷酸鈣功效顯著并能夠?qū)崿F(xiàn)在線檢測(cè)，但是其結(jié)構(gòu)仍然含有氮營(yíng)養(yǎng)元素。再以聚乙二醇單烯丙基醚、氯乙酸、NaOH為原料，經(jīng)羧甲基化制得APEC，將APEC，AP和MA在水溶液中自由基共聚得到能夠熒光示蹤的無磷非氮磷酸鈣阻垢劑MA-APEC-AP。MA-APEC-AP的激發(fā)波長(zhǎng)和發(fā)射波長(zhǎng)分別為460 nm和510 nm且激發(fā)光譜與發(fā)射光譜呈較好的鏡像對(duì)稱關(guān)系。MA-APEC-AP