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摘 要

论文综述了高分子阻垢剂的发展历史和近几年的研究进展，对APEY-AMPS共聚物合成路线和反应条件做了研究。本课题是以过硫酸铵为引发剂，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）、烯丙醇聚氧乙烯醚（APEG）和草酸（C₂H₂O₄）为原料，合成了APEY-AMPS聚合物。使用红外光谱法对其结构进行表征，利用静态实验法评价其阻垢性能。探讨了单体配比、聚合温度、引发剂用量以及聚合时间等条件对阻垢性能的影响。正交实验结果表明，该聚合物的最佳合成条件为：引发剂用量为单体总质量的5%，m(APEY):m(AMPS)=5:3, 聚合温度为78ºC，聚合时间为8 h。将其与常用的一些阻垢剂对比，该共聚物制备简易、高效实惠、环境友好，在用量为9 mg/L时阻垢率可达91 %，可广泛应用于工业循环冷却水中。

关键词：2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸 烯丙醇聚氧乙烯醚 阻垢分散性能 共聚物

ABSTRACT

In this paper, the development history and recent progress of polymer scale inhibitors were reviewed, and the synthetic routes and reaction conditions of APEY-AMPS copolymers were studied. In this topic, the APEY-AMPS pyrrolidone terpolymer is prepared with ammounium persulfate as initiator, the esterification products (APEY) of allyl alcohol polyoxyethylene ether (APEG) and 2 - acrylamide - 2 - methyl propane sulfonic acid (AMPS) as polymeric monomer. The polymers was characterized by IR spectra, and its scale inhibition performance was evaluated by static test method. The effects of monomer ratio, polymerization time, initiator dosage and reaction temperature on the scale inhibition performance were discussed, and the optimum synthesis conditions were determined by the orthogonal experiment method. The experimental results show that the optimum synthesis conditions: m(APEY): m(AMPS) =5:3, the amount of initiator is 5%, the polymerization temperature is 78ºC, and the reaction time is 8h. The copolymer has advantages of simple synthesis, excellent performance, low price, green environmental protection. When the copolymer dosage is 9 mg / L, the inhibition rate is up to 91%, and the inhibitor could be widely used in industrial circulating cooling water.

Keyword: 2-acrylamido-2-methyl propane sulfonic acid; allyl alcohol polyoxyethylene ether; scale dispersing inhibition; maletic anhydride

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1前言 1

1.2 阻垢剂的种类 1

1.2.1 天然聚合物阻垢剂 1

1.2.2聚羧酸阻垢剂 2

1.2.3磷系阻垢剂 4

1.2.4 磺酸类聚合物阻垢分散剂 4

1.2.5 环境友好型聚合物阻垢剂 5

1.3阻垢机理 6

1.3.1 凝聚与分散 6

1.3.2 络合增溶 6

1.3.3 晶格畸变 6

1.3.4 双电层作用机理 7

1.3.5 再生-自解脱膜假说 7

1.4本课题的研究意义 7

第二章APEG-AMPS共聚物的合成及阻垢性能分析 9

2.1实验部分 9

2.1.1试剂和仪器 9

2.1.2 合成路线 11

2.1.3 实验步骤 11

2.2结果与讨论 13

2.2.1 APEY-AMPS的合成工艺研究 13

2.2.2 聚合物的红外表征 16

2.2.3 阻垢性能对比 17

第三章 结论与展望 18

3.1 结论 18

3.2展望 18

参考文献 19

致 谢 22

第一章 文献综述

1.1前言

在现代的工农业生产中，水是必不可少的资源。为了缓解淡水资源的紧缺，满足生产发展的需要，在工业上常常采用循环式冷却水。循环冷却水在系统中不断重复使用，时间一久，就会产生许多水质问题，如结垢、腐蚀以及滋养微生物等。就结垢而言，一旦形成便会严重影响循环水系统的运行和冷却效果，甚至堵塞和腐蚀管道，不仅造成经济损失，使工厂无法正常稳定的生产，还会威胁生命安全。

循环冷却水系统的结垢现象普遍存在于石油化工、冶金和锅炉等各个行业中。目前的阻垢方法有很多种：工艺法主要通过控制某些作业的工艺生产条件来抑制或减少垢的生成；物理法则是应用一些物理仪器或设备的功能来抑制垢的形成；而化学法是利用化学阻垢剂的一些特殊性质来阻止垢的生成。在各种减缓和抑制结垢的方法中，化学法的效果最为显著，且投入成本低，因此在国内外被普遍采用。

1.2 阻垢剂的种类

目前，常用的阻垢剂主要有天然聚合物、聚羧酸类、磺酸类、聚磷酸盐和有机膦酸盐等。

1.2.1 天然聚合物阻垢剂

天然聚合物阻垢剂的起源较早，基于其较好的阻垢分散性能和普遍的来源，曾被广泛使用，如木质素、丹宁、淀粉、纤维素等。

木质素，是一种活性极强的芳香族化合物，大量存在于植物组织中，无定型，分子量在500 ~ 50000之间，能与金属离子形成螯合物来抑制结垢。接枝羧酸而改性的羧酸型磺化木质素，通过晶格畸变和螯合作用对碳酸钙和磷酸钙等垢具有良好的阻垢效果。

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