聚天冬氨酸合成条件对分子量的影响

田海燕

摘要聚天冬氨酸（PASP）作为一种绿色阻垢剂，所含的羧酸侧链易和Ba等敖合，本实验通过控制不同的反应时间、温度、催化剂用量和水解时间、温度、碱浓度，并运用溶剂法合成不同分子量的PASP，研究其阻硫酸钡垢的阻垢性能和阻垢机理。

关键词聚天冬氨酸；合成条件；分子量；硫酸钡阻垢

随着社会的发展，水资源的可持续利用问题日益严峻，阻垢剂正扮演着工业循环冷却水防垢的重要角色，阻垢剂的研究也在不断的被开拓，因PASP可生物降解和良好阻垢性，使其成为近年来绿色环保阻垢剂研究的重点。本文主要研究了聚天冬氨酸的合成条件对分子量的影响，以及其对硫酸钡阻垢率的影响。

1PASP的合成及其對硫酸钡的阻垢研究

本研究采用L-天冬氨酸（LvASP）、碳酸丙烯酯、磷酸液相聚合合成聚琥珀酰亚胺（PSI），之后加入NaOH，在碱性条件下水解PSI得到PAsP。

聚天冬氨酸合成方法：1）聚合：将L-ASP和磷酸加入盛有碳酸丙烯酯溶液的烧瓶中，在N2保护和一定温度下油浴，得到PSI和碳酸丙烯酯的混合溶液；2）分离：将PSI和碳酸丙烯酯的混合溶液冷却至室温，加入丙酮析出PSI，过滤、烘干后得到PSI的固体粉末；3）水解：将PSI固体粉末和一定量的水放在烧瓶中，缓慢滴加NaOH溶液，一定温度、一定时间后得到聚天冬氨酸钠溶液。

本文通过控制聚合过程的反应时间、温度、催化剂用量和控制水解过程的水解时间、温度、碱浓度得到不同分子量的PASP。

1）反应时间：在聚合反应过程中增加反应物的反应时间，有助于反应物的充分反应，得到了分子量为5000～18000Mw的PASP，随着反应时间的增加，分子量逐渐增大。

2）反应温度：在聚合反应过程中增加反应物的反应温度，有助于反应物的充分反应，得到了分子量为12000～25000Mw的PASP，随着反应温度的增加，分子量也是逐渐增大的。

3）催化剂用量：在聚合反应过程中增加反应物的催化剂用量，得到了分子量为13000～20000Mw的PASP，随着催化剂用量的增加，分子量先增大后减小。

4）水解时间：在聚合反应过程中增加中间产物的水解时间，得到了分子量为14000～15000Mw的PASP，随着水解时间的增加，分子量先减小后增大。

5）水解温度：在聚合反应过程中增加中间产物的水解温度，得到了分子量为13000～16000Mw的PASP，随着水解温度的增加，分子量逐渐减小。

6）水解碱浓度：在聚合反应过程中增加中间产物的水解碱浓度，得到了分子量为12000～16000Mw的PASP，随着水解碱浓度的增加，分子量逐渐增大。

2不同分子量聚天冬氨酸的BaSO阻垢研究

本实验选择了9000Mw～25000Mw分子量之间的PASP做了BaS0阻垢实验，研究结果显示，在9000Mw～25000Mw分子量范围内，随着PASP分子量的增加，其阻BaS04阻垢率先增大后减小，当分子量在16000Mw附近时，PASP的阻垢率最高，当分子量在9000Mw和25000Mw附近时，阻垢效果最差。也可以得到结论分子量过大或者过小，均不利于阻BaS0垢的阻垢效果。

3聚天冬氨酸阻BaS0垢的SEM分析

我们控制PASP投加量为Omg/L、1.2mg/L、1_6mg/L，分别得到相应阻垢率为0%、74.51%、100%的溶液，实验结果可以清晰看见阻垢率为0%、74.51%的溶液中有固体沉积，阻垢率为100%的溶液为透明状。

实验证明，PASP的投加量与Ba的浓度相比很少，当聚天冬氨酸投加量为1.6mg/L阻垢率达到100%时溶液为澄清液体，说明PASP对钡离子有很强的螯合作用。

我们在5000倍和80000倍的放大系数下用SEM观察了阻垢率为0%的上清液和阻垢率为100%的液体中BaS04构晶形态，阻垢率为0%时，垢体呈规则的方形结构，当加入PASP后，垢体形态发生了变化，呈不规则构晶。

4结论

在研究不同反应条件下合成PASP的试验中，可以得到不同的PASP分子量，随合反应时间、反应温度、水解碱浓度增加，分子量逐渐增大；随催化剂用量的增加，分子量先增大后减小。随水解温度的增加，分子量逐渐减小；随水解时间的增加，分子量先减小后增大。

本研究对不同分子量的PASP阻硫酸钡垢效果做了分析，分析结果得到不同分子量的PASP对硫酸钡的阻垢率也不同。随着PASP分子量的增加，硫酸钡的阻垢效果逐渐变差。PASP的投加量极少便可达到一定的阻垢效果，说明PASP与构晶离子有很强的螯合作用。随着PASP投加量的增大，晶体发生了明显的变化，由方型结构变成了不规则的形状。

本论文对PASP的硫酸钡的阻垢机理做了研究，通过扫描电子显微镜（SEM）分析可以得到，聚天冬氨酸能够有效的改变难溶性硫酸钡晶体形态，分子中的羧酸根发生螯合反应并吸附在晶体表面。endprint