聚天冬氨酸及其與膦系水處理劑復合的阻垢緩蝕研究
聚天冬氨酸(polyaspartic acid)，以下簡稱PASP，是美國Donlar公司于20世紀90年代初期開發(fā)的一種環(huán)境友好型水處理劑，它分子中不含磷，可生物降解，具有較好的阻垢分散性能，并在油井中已被證明有良好的緩蝕性能，PASP作為阻垢緩蝕劑具有可完全生物降解且不含磷的優(yōu)越特性，但它本身的阻垢緩蝕效果無法達到市售水處理阻垢緩蝕劑的水平。目前國內工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中常用的藥劑大多采用全有機膦系水處理劑，由于磷的存在和大量排放將引起周圍水域的富營養(yǎng)化，促進菌藻的滋長形成“赤潮”，污染環(huán)境，也是一種公害，因此從長遠發(fā)展趨勢來看，膦系水處理劑的生產(chǎn)和應用必將受到限制。為此，將PASP與少量膦系水處理劑復合使用，研究開發(fā)一種高效、低磷、可部分生物降解的復合水處理劑，具有很好的推廣價值和應用前景。
1 實驗部分
1．1 PASP的合成
取一定量的L一天冬氨酸，在一定溫度下進行熱縮聚，用氫氧化鈉溶液水解縮聚產(chǎn)物，得到紅棕色液體，即為PASP溶液。
1．2 PASP與膦系水處理劑的復合
取市場上常用的膦系阻垢緩蝕劑1一羥基亞乙基一1，1一二膦酸(HEDP)、2一膦酸基丁烷一1，2，4一三羧酸(f)E汀lCA)和二乙烯三胺五亞甲基膦酸(DETPMP)分別按一定比例加入到PASP溶液中，配制成二元復合溶液，即得到相應的復合水處理劑。
1．3 阻垢性能測定
采用靜態(tài)阻垢試驗方法，選定實驗用水為河北省科學院地下水，總硬度621nag／L，Ca2+ 465mg／L(以CaCO3計)，總堿度333mg／L(以CaCO3計)，S04 2-142mg／L，電導率1072／us／cm。在lO00mL燒杯中準確倒人750mL實驗用水，加入所要評定的水處理劑，攪勻，置于80℃恒溫水浴中并記時，當蒸發(fā)濃縮至500mL(濃縮倍數(shù)為1．5)時，取出燒杯，迅速冷卻至室溫后將試液移至500mL容量瓶中，試液不足500mL時，用去離子水補足，并搖勻，繼續(xù)置于80℃ 恒溫水浴中，從計時開始恒溫10h。實驗結束后，取出容量瓶，冷卻至室溫，吸取上層澄清溶液，用EDTA滴定法分析測定鈣離子的質量濃度。阻垢率按下式計算：
2 實驗結果與討論
2．1 PASP的阻垢性能
按照上述1．3中實驗方法，PASP采用不同用量時，測定阻垢率。結果見圖1。從圖1可以看出，PASP具有明顯的溶限效應，在用量小于20mg／L時，阻垢率隨著用藥量的增加而迅速升高，在用量為20mg／L左右時，阻垢率達到最高，接近71% ，此后隨著用藥量的繼續(xù)增加，阻垢率不再提高，呈緩慢的下降趨勢。
2．2 PASP與膦系水處理劑復合的阻垢性能
按照上述1．3中實驗方法，PASP分別與HEDP、PBTCA、DETPMP按不同的質量比例復合時，藥劑用量均為20mg／L，測定阻垢率。結果見圖2、圖3、圖4。
從圖2可以看出，PASP與HEDP質量比達到3：1之前，復合物阻垢率隨著PASP質量比例的增加而逐漸提高，當PASP與HEDP質量比為3：l時，復合物阻垢率達到最高，接近78% ，此時的用量比例為最佳，說明PASP與HEDP復合有一定的協(xié)同作用，比單獨使用PASP時阻垢率可提高7%左右。
從圖4可以看出，隨著PASP質量比例的不斷增加，復合物阻垢率逐漸下降，在PASP與DETI MP質量比達到2：1之前，阻垢率下降趨勢比較平緩，當PASP與DETPMP質量比為2：1時，復合物阻垢率還可以達到82%左右，但在此之后，阻垢率有一個迅速下降的過程。
由此可見，PASP 分別與PBTCA 和DETPMP復合，均可以使阻垢率有很大的提高，比單獨使用PASP時阻垢率可提高10% 以上。但是PBTCA的磷含量為11．5% ，DETPMP的磷含量為27．2% ，所以從低磷和減少環(huán)境污染的角度考慮，應首選PBTCA作為復合藥劑較好。
2．3 PASP的緩蝕性能
按照上述1．4中試驗方法，對PASP的緩蝕性能進行測定。結果見表1。
從表2可以看出，PASP與PBTCA復合具有很好的緩蝕性能，當復合物用量達到20mg／L時，能使掛片的腐蝕率從空白的20．37×10 -2 mm／a降至0．99×10-2lnm／a，緩蝕率可以達到95%以上，比單獨使用PASP時緩蝕率可提高5%左右。再增大用量，緩蝕率沒有明顯的提高，當用量為40mg／L時，緩蝕率為96．22%。
3 結論
(1)PASP與膦系水處理劑復合比單獨使用PASP具有更好的阻垢緩蝕性能。在藥劑用量均為20mg／1．時，PASP與PBTCA復合(質量比為2：1)比單獨使用PASP，阻垢率可提高10%以上，緩蝕率可提高5%左右。
(2)PASP與膦系水處理劑復合是一種高效、低磷、可部分生物降解的水處理劑。
參考文獻：
[1]霍字凝，劉珊，陸柱．新型聚合物阻垢劑聚天冬氨酸的合成與性能[J]．精細化工。2000．17(10)：581—583．
[2]王勤娜，張國華．綠色阻垢劑ZU一101的制備與阻垢性能的研究[J]．石油化工．2002，31：447～449．
[3]Louis L．Gary J．Continuous process for polyaspartic acid syn．thesis[P]．US5．610，264．1997．
[4]霍宇凝，劉珊．陸柱．聚天冬氨酸對碳酸鈣的阻垢性能研究[J]．水處理技術．2001．1(27)：26～28．
[5]潘明．乇亞權．劉騰飛等．聚天冬氨酸與含磷阻垢劑復合產(chǎn)品的阻垢性能[J]．工業(yè)水處理．2003．23(6)：21～22．
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