改性磺化木质素LSA阻垢分散性能的研究
|
摘要
本文以工业木质素磺酸盐LS为原料，H_2O_2-Fe(Ⅱ)为引发剂，采用自由基共聚反应对LS进行羧基接枝改性，制备得到改性磺化木质素LSA，并用红外光谱对其结构进行了表征。经测定，改性产物中羧基含量明显增大，接枝率达到11.6％。
通过静态阻垢法和鼓泡法测定LSA对碳酸钙垢、磷酸钙垢和锌垢的阻垢性能及其对氧化铁的分散性能。采用三因子二次回归正交试验设计阻垢实验，定量研究了LSA阻垢性能与溶液中阻垢剂LSA用量，Ca~(2+)浓度和pH值之间的关系，得到的回归方程能较好拟合实验测定结果，可用于对LSA阻垢性能和确定其适用条件的研究。LSA与目前常用的几种阻垢分散剂作比较，证明改性产物LSA为一种阻垢分散性能较为理想的绿色阻垢剂。
通过阻垢实验和对碳酸钙晶体的电镜扫描表明：LSA对Ca~(2+)、Fe~(3+)、Zn~(2+)等金属阳离子有较强的螯合能力及对结垢物质微粒具有分散作用，能影响垢的形成和粘附强度，使得垢层疏松、附着力差，并能使晶体产生晶格畸变作用，抑制晶体长大，造成结垢物质微粒结晶疏松，从而达到阻垢目的。
This paper studied that industrial lignosulfonate LS was modified to graft carboxy by the free radical copolymerization reaction, which was initiated by H2C>2-Fe( II). The structure of modified lignosulfonate LSA was characterized by the infra-red spectrogram. Through measuring, the content of carboxy in LSA obviously improved and the grafting rate of LSA was 11.6%.
LSA's scale inhibition property for calcium carbonate, calcium phosphate and zinc scales and dispersing iron oxide were tested by the static scale inhibition test and the bubble test. Through the experiment of three-factor quadratic regression orthogonality, this paper studied quantitatively the relationship between the antiscale rate and the amount of LSA added, the calcium ion content of the solution and the pH value. The regression equation fairly fitted the result of the experiment and can be used for the study of the scale inhibition property and the applicable condition of LSA. Compared LSA's scale inhibition and dispersion properties with some common scale inhibitors', it showed that LSA was a kind of relatively desirable green scale inhibitor.
Analysis of the result of scale inhibition test and electron microscope scanning calcium carbonate crystal showed: LSA has strong chelation action for metal ions such as Ca2\ Fe3\ Zn2* and etc. LSA has dispersion action for corpuscles
of scale, and it can affect the formation and sticking intensity of scale, resulting in the loosing scale-layer and poor adhesion. LSA leads to crystal's lattic distortion, which can inhibit crystals growing and make the particles of scale loosing to reach the desire of scale-inhibiting.
通过静态阻垢法和鼓泡法测定LSA对碳酸钙垢、磷酸钙垢和锌垢的阻垢性能及其对氧化铁的分散性能。采用三因子二次回归正交试验设计阻垢实验，定量研究了LSA阻垢性能与溶液中阻垢剂LSA用量，Ca~(2+)浓度和pH值之间的关系，得到的回归方程能较好拟合实验测定结果，可用于对LSA阻垢性能和确定其适用条件的研究。LSA与目前常用的几种阻垢分散剂作比较，证明改性产物LSA为一种阻垢分散性能较为理想的绿色阻垢剂。
通过阻垢实验和对碳酸钙晶体的电镜扫描表明：LSA对Ca~(2+)、Fe~(3+)、Zn~(2+)等金属阳离子有较强的螯合能力及对结垢物质微粒具有分散作用，能影响垢的形成和粘附强度，使得垢层疏松、附着力差，并能使晶体产生晶格畸变作用，抑制晶体长大，造成结垢物质微粒结晶疏松，从而达到阻垢目的。
This paper studied that industrial lignosulfonate LS was modified to graft carboxy by the free radical copolymerization reaction, which was initiated by H2C>2-Fe( II). The structure of modified lignosulfonate LSA was characterized by the infra-red spectrogram. Through measuring, the content of carboxy in LSA obviously improved and the grafting rate of LSA was 11.6%.
LSA's scale inhibition property for calcium carbonate, calcium phosphate and zinc scales and dispersing iron oxide were tested by the static scale inhibition test and the bubble test. Through the experiment of three-factor quadratic regression orthogonality, this paper studied quantitatively the relationship between the antiscale rate and the amount of LSA added, the calcium ion content of the solution and the pH value. The regression equation fairly fitted the result of the experiment and can be used for the study of the scale inhibition property and the applicable condition of LSA. Compared LSA's scale inhibition and dispersion properties with some common scale inhibitors', it showed that LSA was a kind of relatively desirable green scale inhibitor.
Analysis of the result of scale inhibition test and electron microscope scanning calcium carbonate crystal showed: LSA has strong chelation action for metal ions such as Ca2\ Fe3\ Zn2* and etc. LSA has dispersion action for corpuscles
of scale, and it can affect the formation and sticking intensity of scale, resulting in the loosing scale-layer and poor adhesion. LSA leads to crystal's lattic distortion, which can inhibit crystals growing and make the particles of scale loosing to reach the desire of scale-inhibiting.
引文
[1] 蒋挺大．木质素．化学工业出版社．2001．1，19
[2] (日)中野淮三编．高洁、鲍禾、李中正译．木质素的化学——基础与应用．轻工业出版社，1988，2，23，283
[3] 高洁、汤烈贵．纤维素科学．科学出版社．1999．251
[4] 楼宏铭、邱学青、杨卓如．木质素系水处理剂的研究进展．工业水处理．1999．19(3)．1～3
[5] 杜仰民．造纸工业废水治理进展与评述．工业水处理．1997，17(3)．1～5
[6] 赵斌元、胡克、吴人洁．可持续发展的资源—木质素，材料导报．1999．2(1)．51～53
[7] 林耀瑞、钟香驹．木质素及其应用．中国造纸．1990．9(2)．45～52
[8] J.J Lindberg, K.Levon and T.Kuusela. Modification of Lignin. Acta Polym. 1988(39). 47～50
[9] Chen C, Ma B. Crosslinking of wheat straw soda Lignin copolymers. Symposium on Cellulose and Lignincellulose Chemistry. 1991.291～293
[10] 徐寿昌．工业冷却水处理技术．化学工业出版社．1984．3
[11] 龙荷云．循环冷却水处理．江苏科学技术出版社．1991．53～54
[12] 李裕芳．阻垢剂分散剂控制沉积机理探讨．工业水处理．1986．6(4)．36～38
[13] 叶文玉．水处理化学品．化学工业出版社．2001．51～64
[14] 谢团霞．聚合物阻垢分散剂的进展．化学清洗．1999．15(3)．30～32
[15] 严瑞芳、胡汉杰、梁锋、宁肇堂．高分子时代的天然高分子．高分子通报．1994．9(3)．143～151
[16] 朱建华、黄小雪、黄如棣、宁清．球形木质素磺酸阳离子交换树指的合成及应用．中国造纸．1992．11(3)．7
[17] StepHen Y Lin. Progress in Biomass Conversion. 1983. Vo14.31～78
[18] StepHen Y Lin, I.H.Hoo. Reed Lignin. US4,728,728
[19] W.J.Detroit. American Can. US3,726,850
[20] StepHen y Lin. Lori L Busher. Process for Grafting Lignin with Vinylic Monomers Using Separate Streams of Initiator and Monomer US4,891,415
[21] Meister John J, Yin. L luo. Studies of a Lignin Grafting Mechanism. Polym. prepr. 1993.
[22] 薜青雯、邰瓞生．木质素磺酸盐接枝共聚的研究．纤维素科学与技术，1993．9(4)．9～13
34(2)．656～657
[23]张致发、邓国华、叶跃华、卢草敏、韦汉道．木质素磺酸盐和丙烯酸电化学接枝共聚反应的研究．纤维素科学与技术．1998．6(1)．55～61
[24]Texco Inc. Surfacants from Lignin. USP4,739,040
[25]韦汉道、黄焕琼、刘石．改性木质素磺酸盐减少驱油过程中石油磺酸盐损失的研究．油田化学．1991．8(4)．325～329
[26]潘学军、谢来苏、隆言泉．获苇木质素磺酸镁的分散性能研究．中国造纸．1993．(1)．43～47
[27]陈文瑾．贵州工业大学九五级硕士研究生学位论文
[28]李焱．贵州工业大学九五级硕士研究生学位论文
[29]尹华、肖锦．多功能水处理剂研究进展．工业水处理．1995．15(2)．1～4
[30]邱学青、杨东杰、肖锦．絮凝—缓蚀—阻垢剂GMT-A缓蚀阻垢机理．水处理技术．1995．21(3)．179～182
[31]韩应琳、王卉、马迎军、杨文忠．一种膦磺酸型水处理剂的合成及阻垢分散性能的研究．工业水处理．1997．17(3)．9～10
[32]丁有骏．淀粉共聚物的合成与应用．高分子通报．1993．(3)．140～145
[33]潘才元．高分子化学．中国科学技术大学出版社．2001．197～223
[34]试剂手册．上海科学技术出版社．1984
[35]郑淳之、梅建．水处理剂和工业循环冷却水系统分析方法．化学业出版社．1999．217
[36]陈文瑾．静态阻垢法在阻垢剂研究中的改进．贵州工业大学学报．1999．28(3)．43～46
[37]化学工业标准汇编．水处理剂．中国标准出版社．1996．114
[38]陆建发、胡洪、黄燕．冷却水处理剂分散氧化铁沉积能力的评定．工业水处理．1991．11(6)．10～12
[39]J．F．拉贝克．高分子科学实验方法物理原理与应用．科学出版社．1991．9
[40]吴保国、赵菊兰、杜晶滨．差示紫外光谱法测定木质素酚羟基含量．东北林业大学学报．1993．21(2)．58～65
[41]路长青、汪鹰、马迎军、韩应琳、刁月民．磺酸共聚物的合成及阻垢分散性能的研究．工业水处理．1995．15(3)．14～17
[42]姚广致、成荣钊．阻垢剂对碳酸钙垢的抑制能力．工业处理．1986．6(4)．36～38
[43]杜存山．阻垢剂对碳酸钙垢的抑制机理．化学世界．1989(2)．54～57
[44]刘玉鑫．波谱分析．四川联合大学应用化学系有机化学教研室．1996．62～94
[45]赵斌元、胡克鳌、范永忠、竺品芳、吴人洁．木质素磺酸及其衍生物红外光谱研究．分析化学．2000．28(6)．716～719
[46]Charles Y. Pouchert. The Aldrich Library of FT-IR Spectra. Aldrich chemical compawy Inc. 1985
[47]茆诗松．回归分析及其试验设计．华东师范大学出版社．1981．182
[48]曾祥钦、孙礼运、刘定富．草浆黑液除硅的数学模型．环境科学．1992．14(3)．13～16
[2] (日)中野淮三编．高洁、鲍禾、李中正译．木质素的化学——基础与应用．轻工业出版社，1988，2，23，283
[3] 高洁、汤烈贵．纤维素科学．科学出版社．1999．251
[4] 楼宏铭、邱学青、杨卓如．木质素系水处理剂的研究进展．工业水处理．1999．19(3)．1～3
[5] 杜仰民．造纸工业废水治理进展与评述．工业水处理．1997，17(3)．1～5
[6] 赵斌元、胡克、吴人洁．可持续发展的资源—木质素，材料导报．1999．2(1)．51～53
[7] 林耀瑞、钟香驹．木质素及其应用．中国造纸．1990．9(2)．45～52
[8] J.J Lindberg, K.Levon and T.Kuusela. Modification of Lignin. Acta Polym. 1988(39). 47～50
[9] Chen C, Ma B. Crosslinking of wheat straw soda Lignin copolymers. Symposium on Cellulose and Lignincellulose Chemistry. 1991.291～293
[10] 徐寿昌．工业冷却水处理技术．化学工业出版社．1984．3
[11] 龙荷云．循环冷却水处理．江苏科学技术出版社．1991．53～54
[12] 李裕芳．阻垢剂分散剂控制沉积机理探讨．工业水处理．1986．6(4)．36～38
[13] 叶文玉．水处理化学品．化学工业出版社．2001．51～64
[14] 谢团霞．聚合物阻垢分散剂的进展．化学清洗．1999．15(3)．30～32
[15] 严瑞芳、胡汉杰、梁锋、宁肇堂．高分子时代的天然高分子．高分子通报．1994．9(3)．143～151
[16] 朱建华、黄小雪、黄如棣、宁清．球形木质素磺酸阳离子交换树指的合成及应用．中国造纸．1992．11(3)．7
[17] StepHen Y Lin. Progress in Biomass Conversion. 1983. Vo14.31～78
[18] StepHen Y Lin, I.H.Hoo. Reed Lignin. US4,728,728
[19] W.J.Detroit. American Can. US3,726,850
[20] StepHen y Lin. Lori L Busher. Process for Grafting Lignin with Vinylic Monomers Using Separate Streams of Initiator and Monomer US4,891,415
[21] Meister John J, Yin. L luo. Studies of a Lignin Grafting Mechanism. Polym. prepr. 1993.
[22] 薜青雯、邰瓞生．木质素磺酸盐接枝共聚的研究．纤维素科学与技术，1993．9(4)．9～13
34(2)．656～657
[23]张致发、邓国华、叶跃华、卢草敏、韦汉道．木质素磺酸盐和丙烯酸电化学接枝共聚反应的研究．纤维素科学与技术．1998．6(1)．55～61
[24]Texco Inc. Surfacants from Lignin. USP4,739,040
[25]韦汉道、黄焕琼、刘石．改性木质素磺酸盐减少驱油过程中石油磺酸盐损失的研究．油田化学．1991．8(4)．325～329
[26]潘学军、谢来苏、隆言泉．获苇木质素磺酸镁的分散性能研究．中国造纸．1993．(1)．43～47
[27]陈文瑾．贵州工业大学九五级硕士研究生学位论文
[28]李焱．贵州工业大学九五级硕士研究生学位论文
[29]尹华、肖锦．多功能水处理剂研究进展．工业水处理．1995．15(2)．1～4
[30]邱学青、杨东杰、肖锦．絮凝—缓蚀—阻垢剂GMT-A缓蚀阻垢机理．水处理技术．1995．21(3)．179～182
[31]韩应琳、王卉、马迎军、杨文忠．一种膦磺酸型水处理剂的合成及阻垢分散性能的研究．工业水处理．1997．17(3)．9～10
[32]丁有骏．淀粉共聚物的合成与应用．高分子通报．1993．(3)．140～145
[33]潘才元．高分子化学．中国科学技术大学出版社．2001．197～223
[34]试剂手册．上海科学技术出版社．1984
[35]郑淳之、梅建．水处理剂和工业循环冷却水系统分析方法．化学业出版社．1999．217
[36]陈文瑾．静态阻垢法在阻垢剂研究中的改进．贵州工业大学学报．1999．28(3)．43～46
[37]化学工业标准汇编．水处理剂．中国标准出版社．1996．114
[38]陆建发、胡洪、黄燕．冷却水处理剂分散氧化铁沉积能力的评定．工业水处理．1991．11(6)．10～12
[39]J．F．拉贝克．高分子科学实验方法物理原理与应用．科学出版社．1991．9
[40]吴保国、赵菊兰、杜晶滨．差示紫外光谱法测定木质素酚羟基含量．东北林业大学学报．1993．21(2)．58～65
[41]路长青、汪鹰、马迎军、韩应琳、刁月民．磺酸共聚物的合成及阻垢分散性能的研究．工业水处理．1995．15(3)．14～17
[42]姚广致、成荣钊．阻垢剂对碳酸钙垢的抑制能力．工业处理．1986．6(4)．36～38
[43]杜存山．阻垢剂对碳酸钙垢的抑制机理．化学世界．1989(2)．54～57
[44]刘玉鑫．波谱分析．四川联合大学应用化学系有机化学教研室．1996．62～94
[45]赵斌元、胡克鳌、范永忠、竺品芳、吴人洁．木质素磺酸及其衍生物红外光谱研究．分析化学．2000．28(6)．716～719
[46]Charles Y. Pouchert. The Aldrich Library of FT-IR Spectra. Aldrich chemical compawy Inc. 1985
[47]茆诗松．回归分析及其试验设计．华东师范大学出版社．1981．182
[48]曾祥钦、孙礼运、刘定富．草浆黑液除硅的数学模型．环境科学．1992．14(3)．13～16