綠色高效聚合物阻垢劑最新研究進(jìn)展

摘 要：綠色高效聚合物阻垢劑具有無毒、可生物降解等優(yōu)點(diǎn)，是環(huán)境友好型水處理劑。從合成和改性復(fù)配兩方面綜述了聚環(huán)氧琥珀酸、聚天冬氨酸及其它綠色高效聚合物阻垢劑的研究進(jìn)展，并對其發(fā)展方向進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：阻垢劑;聚合物;改性;研究

綠色阻垢劑又稱環(huán)境友好型阻垢劑，是一類可清潔生產(chǎn)、具有良好阻垢效果、可生物降解又幾乎不污染環(huán)境的高分子聚合物[1]。

分類號：TQ085.412

一、聚環(huán)氧琥珀酸阻垢劑

聚環(huán)氧琥珀酸（PESA）是一種無氮、非磷、可生物降解的有機(jī)化合物，具有用量小，在高堿度、高固體含量水中阻垢率高，兼有緩蝕協(xié)同作用等優(yōu)點(diǎn)，其作為環(huán)境友好型水處理劑成為人們研究的熱點(diǎn)。1973年H. P. Tillmon合成了一種新的清洗劑，名為1-氧雜環(huán)丙烷-2，3-二羧酸（1-oxyacylopane-2，3-dicarboxylic acid）聚合物，即聚環(huán)氧琥珀酸。美國Procter & Gamble公司和Betz公司分別于20世紀(jì)80年代末和90年代初將其作為阻垢劑使用[2]。

1.聚環(huán)氧琥珀酸的合成

日本花王株式會社[3]以馬來酸酐為原料，使之堿性水解生成馬來酸鹽，再以鎢酸鈉為催化劑，用過氧化氫將馬來酸鹽氧化成環(huán)氧琥珀酸鹽，然后將環(huán)氧琥珀酸鹽甲酯化或乙酯化，在無溶劑體系或惰性溶劑體系中開環(huán)聚合，再將制得的聚合物水解，得到可應(yīng)用的聚環(huán)氧琥珀酸。

2.聚環(huán)氧琥珀酸的改性與復(fù)配

沙亞東等[4]合成了PESA接枝聚丙烯酸（PESA-g-PAA），研究了其對CaCO3、CaSO4、Ca3（PO4）2的靜態(tài)阻垢性能和穩(wěn)定鋅鹽性能，充分討論了阻垢劑加量、溫度、硬度、堿度、恒溫時(shí)間對PESA-g-PAA阻CaCO3垢性能的影響。當(dāng)用量為10mg/L時(shí)，PESA-g-PAA阻CaCO3垢率和阻CaSO4垢率幾乎達(dá)到100%，對比發(fā)現(xiàn)，PESA-g-PAA對CaCO3、CaSO4的阻垢性能比PESA更好，但對Ca3（PO4）2的阻垢效果及對鋅鹽的穩(wěn)定效果并不理想。

在研究中發(fā)現(xiàn)[5]PESA 具有良好的協(xié)同作用，可以和無機(jī)磷酸鹽、有機(jī)磷酸鹽、聚丙烯酸、聚馬來酸類阻垢劑復(fù)配，形成低磷或無磷兼阻垢效果優(yōu)良的阻垢劑;可以和無機(jī)磷酸鹽、有機(jī)磷酸鹽、苯并三氮唑等協(xié)同作用，復(fù)配成更優(yōu)異的緩蝕劑。Gu等發(fā)現(xiàn)PESA與咪唑啉在阻垢方面具有協(xié)同作用，比例為50：8的時(shí)候?qū)aCO3和CaSO4的阻垢率達(dá)到了93.43%和96.74%。

二、聚天冬氨酸阻垢劑

聚天冬氨酸是近年受海洋動物代謝啟發(fā)而研制成功的一種生物高分子，制備聚天冬氨酸的原料天冬氨酸可以從自然界提取，由此制造過程是清潔的、綠色的。聚天冬氨酸是最早開發(fā)出來的也是公認(rèn)的綠色阻垢劑，主要包括聚天冬氨酸及其鈉鹽和酯。聚天冬氨酸可以分散水中CaCO3、CaSO4、BaSO4、Fe2O3、粘土、TiO2、Zn（OH）2、Ca3（PO4）2、Mg（OH）2、Mn2O3等沉積物并可阻垢，可用于冷卻水、油田回注水以及脫鹽、反滲透等方面。

1.聚天冬氨酸的合成

孫鶯等采用以L-天冬氨酸為原料的熱縮催化聚合、以馬來酸酐和碳酸銨為原料的常規(guī)合成和微波輻射合成的3種不同方法制備了聚天冬氨酸。劉喜晶等以馬來酸酐和NH3為原料，在反應(yīng)溫度為160℃、反應(yīng)壓力為0.12MPa、體系pH為8.5、m（NH4Cl）：m（馬來酸酐）為0.20、V（濃H3PO4）：V（NH3）為0.10、反應(yīng)時(shí)間>4h條件下，聚合得到紅褐色聚合物——聚天冬氨酸， 其相對分子質(zhì)量>3500，阻垢率>95%。

2.聚天冬氨酸的改性與復(fù)配

霍宇凝等[6]將聚天冬氨酸和鋅鹽進(jìn)行復(fù)配，并對復(fù)合物進(jìn)行了碳鋼緩蝕性能影響與阻垢性能的研究，結(jié)果表明復(fù)配能降低阻垢劑中聚天冬氨酸的用量，且聚天冬氨酸與鋅鹽兩者具有良好的協(xié)同效應(yīng)。王毅等通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，PASP 與HEDP、ATMP、PESA、PBTCA和磺酸共聚物的復(fù)配藥劑比PASP具有更好的阻垢性能，且當(dāng)質(zhì)量比為1：1時(shí)阻垢效果最佳。

三、其他綠色高效聚合物阻垢劑

聚馬來酸是瑞士Ciba--Geigy公司于1971年開發(fā)并用于水處理的阻垢劑。聚馬來酸無毒且易降解，不但能抑制CaCO3、CaSO4垢，且對磷酸鈣有較好的分散性能。

美國B.F.Goodrich化學(xué)公司[7]以丙烯酸（50-90%重量）和取代的丙烯酰胺（10-50%重量）聚合而成的非交聯(lián)無規(guī)共聚物。該共聚物可抑制Ca3（PO4）2、CaCO3、Mg（OH）2、CaSiO3、Zn3（PO4）2等多種垢物沉積，并可抑制其混合物結(jié)垢，還有良好的分散作用。該阻垢劑適用于各種水系統(tǒng)，藥劑投加量為1-200mg/L。

李再興等[8]將殼聚糖在50%NaOH溶液中堿化后，加入異丙醇和氯乙酸，調(diào)節(jié)pH，用甲醇洗滌，即得羧甲基殼聚糖，當(dāng)加量為8mg/L，溫度80℃，反應(yīng)時(shí)間6h，pH為8時(shí)，阻垢率達(dá)到97.4%。Tokura SN研究發(fā)現(xiàn)，殼聚糖通過羧甲基化后，殼聚糖分子本身的晶體結(jié)構(gòu)被破壞了，增加了其無定形結(jié)構(gòu)，從而具有一定阻垢效果。

四、展望

隨著人們環(huán)保意識的不斷增強(qiáng)， 綠色高效聚合物阻垢劑的應(yīng)用愈加成為未來發(fā)展的趨勢。但同時(shí)，我國在此類阻垢劑的發(fā)展方面還存在一些問題：

（1）綠色環(huán)保類聚合物阻垢劑的研究多還停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段， 有些阻垢劑的質(zhì)量與性能不穩(wěn)定，控制條件苛刻或不成熟，沒有商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的價(jià)格定位，要將其規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化還需要一段時(shí)間。

（2）關(guān)于阻垢劑的作用機(jī)理尚未有確切的定論，仍處在探索階段， 特別是針對特定的垢在阻垢性能方面的機(jī)理尚未統(tǒng)一。

（3）新品種的開發(fā)應(yīng)避免使用毒性基團(tuán)，且使用安全廉價(jià)的溶劑，得到能同時(shí)有效抑制鈣、鎂、鐵、鋅、鋇等多種垢的帶多種官能團(tuán)的多元共聚物。另外，由于綠色高效聚合物阻垢劑的研究還處于起步階段，還有待進(jìn)一步嘗試更多的復(fù)配，發(fā)揮其協(xié)同作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙彥生，孫鳳兒，劉永梅，等.我國聚合物阻垢劑的研究新進(jìn)展[J].化學(xué)與生物工程，2007，24（2）：1-4.

[2] 徐春菊，王慧龍，辛劍.綠色水處理劑聚環(huán)氧琥珀酸的研究進(jìn)展[J].工業(yè)水處理，2006，26（9）：1-4.

[3] Fukumolo Y， Taniguchi T. Water treating agent： JP， 4166298[P].1992-06-12.

[4] 王亞權(quán)，潘明發(fā).聚環(huán)氧琥珀酸及其鹽的制備方法：中國，1470493[P].2004-01-28.

[5] 熊蓉春，魏剛.綠色阻垢劑聚環(huán)氧琥珀酸的合成[J].工業(yè)水處理，1999，19（3）：11-13.

[6] 梁寶鋒，楊岳.環(huán)氧琥珀酸及其聚合物的合成研究[J].石化技術(shù)與應(yīng)用，2008，26（1）：39-43.

[7] 沙亞東，陳東升，魏無際等.聚環(huán)氧琥珀酸接枝聚丙烯酸的阻垢性能研究[J].工業(yè)水處理，2013，33（1）：65.

[8] 張建枚，金棟.改性聚環(huán)氧琥珀酸的合成及性能研究[J].工業(yè)水處理.2006，26（8）：36-38.

作者簡介：戴倩倩（1986-），女，工程師，2009年畢業(yè)于西南石油大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，2012年畢業(yè)于西南石油大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)從事石油工業(yè)入井流體監(jiān)督檢驗(yàn)及油田化學(xué)品檢測工作。

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