聚天冬氨酸合成條件對分子量的影響

田海燕

摘要聚天冬氨酸（PASP）作為一種綠色阻垢劑，所含的羧酸側鏈易和Ba等敖合，本實驗通過控制不同的反應時間、溫度、催化劑用量和水解時間、溫度、堿濃度，并運用溶劑法合成不同分子量的PASP，研究其阻硫酸鋇垢的阻垢性能和阻垢機理。

關鍵詞聚天冬氨酸；合成條件；分子量；硫酸鋇阻垢

隨著社會的發展，水資源的可持續利用問題日益嚴峻，阻垢劑正扮演著工業循環冷卻水防垢的重要角色，阻垢劑的研究也在不斷的被開拓，因PASP可生物降解和良好阻垢性，使其成為近年來綠色環保阻垢劑研究的重點。本文主要研究了聚天冬氨酸的合成條件對分子量的影響，以及其對硫酸鋇阻垢率的影響。

1PASP的合成及其對硫酸鋇的阻垢研究

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亞胺（PSI），之后加入NaOH，在堿性條件下水解PSI得到PAsP。

聚天冬氨酸合成方法：1）聚合：將L-ASP和磷酸加入盛有碳酸丙烯酯溶液的燒瓶中，在N2保護和一定溫度下油浴，得到PSI和碳酸丙烯酯的混合溶液；2）分離：將PSI和碳酸丙烯酯的混合溶液冷卻至室溫，加入丙酮析出PSI，過濾、烘干后得到PSI的固體粉末；3）水解：將PSI固體粉末和一定量的水放在燒瓶中，緩慢滴加NaOH溶液，一定溫度、一定時間后得到聚天冬氨酸鈉溶液。

本文通過控制聚合過程的反應時間、溫度、催化劑用量和控制水解過程的水解時間、溫度、堿濃度得到不同分子量的PASP。

1）反應時間：在聚合反應過程中增加反應物的反應時間，有助于反應物的充分反應，得到了分子量為5000～18000Mw的PASP，隨著反應時間的增加，分子量逐漸增大。

2）反應溫度：在聚合反應過程中增加反應物的反應溫度，有助于反應物的充分反應，得到了分子量為12000～25000Mw的PASP，隨著反應溫度的增加，分子量也是逐漸增大的。

3）催化劑用量：在聚合反應過程中增加反應物的催化劑用量，得到了分子量為13000～20000Mw的PASP，隨著催化劑用量的增加，分子量先增大后減小。

4）水解時間：在聚合反應過程中增加中間產物的水解時間，得到了分子量為14000～15000Mw的PASP，隨著水解時間的增加，分子量先減小后增大。

5）水解溫度：在聚合反應過程中增加中間產物的水解溫度，得到了分子量為13000～16000Mw的PASP，隨著水解溫度的增加，分子量逐漸減小。

6）水解堿濃度：在聚合反應過程中增加中間產物的水解堿濃度，得到了分子量為12000～16000Mw的PASP，隨著水解堿濃度的增加，分子量逐漸增大。

2不同分子量聚天冬氨酸的BaSO阻垢研究

本實驗選擇了9000Mw～25000Mw分子量之間的PASP做了BaS0阻垢實驗，研究結果顯示，在9000Mw～25000Mw分子量范圍內，隨著PASP分子量的增加，其阻BaS04阻垢率先增大后減小，當分子量在16000Mw附近時，PASP的阻垢率最高，當分子量在9000Mw和25000Mw附近時，阻垢效果最差。也可以得到結論分子量過大或者過小，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

我們控制PASP投加量為Omg/L、1.2mg/L、1_6mg/L，分別得到相應阻垢率為0%、74.51%、100%的溶液，實驗結果可以清晰看見阻垢率為0%、74.51%的溶液中有固體沉積，阻垢率為100%的溶液為透明狀。

實驗證明，PASP的投加量與Ba的濃度相比很少，當聚天冬氨酸投加量為1.6mg/L阻垢率達到100%時溶液為澄清液體，說明PASP對鋇離子有很強的螯合作用。

我們在5000倍和80000倍的放大系數下用SEM觀察了阻垢率為0%的上清液和阻垢率為100%的液體中BaS04構晶形態，阻垢率為0%時，垢體呈規則的方形結構，當加入PASP后，垢體形態發生了變化，呈不規則構晶。

4結論

在研究不同反應條件下合成PASP的試驗中，可以得到不同的PASP分子量，隨合反應時間、反應溫度、水解堿濃度增加，分子量逐漸增大；隨催化劑用量的增加，分子量先增大后減小。隨水解溫度的增加，分子量逐漸減小；隨水解時間的增加，分子量先減小后增大。

本研究對不同分子量的PASP阻硫酸鋇垢效果做了分析，分析結果得到不同分子量的PASP對硫酸鋇的阻垢率也不同。隨著PASP分子量的增加，硫酸鋇的阻垢效果逐漸變差。PASP的投加量極少便可達到一定的阻垢效果，說明PASP與構晶離子有很強的螯合作用。隨著PASP投加量的增大，晶體發生了明顯的變化，由方型結構變成了不規則的形狀。

本論文對PASP的硫酸鋇的阻垢機理做了研究，通過掃描電子顯微鏡（SEM）分析可以得到，聚天冬氨酸能夠有效的改變難溶性硫酸鋇晶體形態，分子中的羧酸根發生螯合反應并吸附在晶體表面。endprint