200708-新型水处理剂低膦水解聚马来酸酐的合成

摘要由于工业用水循环使用过程中的不断浓缩造成水中矿物质含量增加，给管道和设备带来了腐蚀问题，需要投加缓蚀剂以保证循环水系统的正常运行。

聚合物缓蚀剂是缓蚀剂中最重要的一种。

然而，目前应用于工业中的缓蚀剂，大多数是生产过程有毒的环境非友好型的化学品，这与提出的“绿色化学”的理念相悖。

因此，研制生产过程清洁，对环境无毒无害的缓蚀剂是当前国内外研究开发的重点。

水解聚马来酸酐过去一直采用有机溶剂法制备，其工艺存在反应周期长，需要大量的溶剂和昂贵的引发剂，产品成本高，溶剂回收困难，对环境有污染等缺点。

本文针对水解聚马来酸酐传统生产工艺的缺点，以水为溶剂，过氧化氢为引发剂，硫酸亚铁为催化剂的作用下，合成了水解聚马来酸酐。

同时通过设计正交实验对HPMA合成条件进行了优化，得到了最佳合成条件：聚合反应温度为120℃，马来酸酐用量为40g，蒸馏水用量为30ml，催化剂用量为0.0300g，引发剂用量为30ml。

在此条件下合成产品的固体含量为最大。

利用红外光谱对所合成的产品进行了表征，发现谱图上具有HPMA的特征基团的波长。

利用静止挂片失重法研究HPMA在标准腐蚀实验水中对A3钢和黄铜均有较好的缓蚀作用，基本上可以作为工业循环水中的缓蚀剂使用；同时采用极化曲线对HPMA的缓蚀性能和机理进行了研究，从实验数据分析出：HPMA对A3钢和黄铜均有较好的耐点蚀作用，而HPMA对A3钢和黄铜有阴极缓蚀作用。

关键词绿色化学缓蚀剂水解聚马来酸酐AbstractThe corrosion of equipments and pipelines is caused by the mineral content increased in the industrial circulating water, which has been circulated to use and concentrated. For evenly normal operation, corrosion inhibitors should be applied in the circulating water system. Polymer corrosion inhibitors are a most important kind in all corrosion inhibitors. Then, the most corrosion inhibitors applied in the industry are the chemical substances, which contain poisonous in the production process and non-environmental-protection chemicals at present. The phenomenon is contrary to the view of green chemistry put forward recently. So it is current orientation to research and develop the corrosion inhibitors, which are yielded clearly and Environmental protection corrosion inhibitors at homed and aboard.Hydrolyzed poly maleic anhydride（HPMA）was produced in an organic solvent in the presence of an oil-soluble polymerization initiator at industrial scale. However, this process had disadvantages as following: it needed long period time, high production cost because it needed a great deal of organic solvent and expensive oil-soluble initiating agent and causing severely environmental pollution and having potential fire dangers and so on. To overcome these problems, HPMA was Synthesized in water as the only polymerization medium in the presence of iron (Ⅱ)sulfate as catalyst, by the aid of hydrogen peroxide as the polymerization initiator. At the same time, orthogonal experiment was adopted to optimize the technical conditions of synthesis process. The optimal synthesis condition are as followings: polymeric reaction temperature 120℃, the dosage of maleic anhydride 40g，the dosage of distilled water30ml，the dosage of catalyst 0.0300g, the dosage of initiating agent 30ml. In this condition, solid content of synthesis product was the largest one. Synthesis product was analyzed by infrared spectrum, and the result states that the product has characteristics with HPMA group of wavelengths.HPMA has certain corrosion inhibition performance to the A3 steel and brass in the standard experimental water by static coupon test. So it would be applied in the industrial circulating water. At the same time, the mechanism and corrosion inhibit- tors performance are researched with polarization curve. From theexperimental data, we can draw the conclusion that HPMA has the pitting resistance effect on A3 steel and brass, and cathode inhibition influence on A3 and brass.Key words green chemistry corrosion-inhibitorhydrolyzed poly maleic anhydride目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.2工业循环水中缓蚀剂的简介 (3)1.2.1缓蚀剂的定义和特点 (3)1.2.2缓蚀剂的分类 (3)1.2.3缓蚀剂的作用机理 (6)1.2.4缓蚀剂的研究方法 (8)1.2.5缓蚀剂的开发方向 (9)1.3水解聚马来酸酐的合成及应用简介 (10)1.3.1水解聚马来酸酐的性能 (10)1.3.2水解聚马来酸酐的合成方法 (11)1.3.3水解聚马来酸酐的应用 (13)1.3.4水解聚马来酸酐的发展前景 (15)1.4论文的主要工作 (15)第2章水解聚马来酸酐的合成 (16)2.1实验目的 (16)2.2实验药品及仪器 (16)2.2.1实验药品 (16)2.2.2实验仪器 (16)2.3实验原理 (17)2.4实验步骤 (17)2.5正交实验设计 (17)2.6产品固体含量的测定 (19)2.6.1实验目的 (19)2.6.2实验原理 (19)2.6.3实验仪器 (19)2.6.4实验方法 (19)2.7实验结果及分析 (20)2.7.1合成实验现象总结 (20)2.7.2固体含量测定结果分析 (20)第3章水解聚马来酸酐的红外光谱 (24)3.1实验目的 (24)3.2实验原理 (24)3.3实验仪器 (24)3.4实验步骤 (24)3.5实验结果及分析 (24)第4章水解聚马来酸酐缓蚀性能的研究 (26)4.1静止挂片失重法研究水解聚马来酸酐缓蚀性能 (26)4.1.1实验目的 (26)4.1.2实验原理 (26)4.1.3实验药品及仪器 (27)4.1.4实验条件 (27)4.1.5实验步骤 (28)4.1.5实验结果及分析 (29)4.2极化曲线法研究水解聚马来酸酐的缓蚀性能 (30)4.2.1实验目的 (30)4.2.2实验原理 (30)4.2.3实验仪器和实验条件 (31)4.2.4实验步骤 (32)4.2.5实验结果及分析 (32)结论 (43)致谢 (44)参考文献 (45)附录1中文译文 (47)附录2外文文献 (55)第1章绪论1.1课题背景水是人类赖以生存的基本条件，近年来随着人口的迅速增加和现代工业的高速发展，造成了世界水危机的加剧，因此必须保护水体环境，合理节约用水，提高工业用水的重复利用率。

改性水解聚马来酸酐的合成及其阻垢性能研究改性水解聚马来酸酐的合成及其阻垢性能研究摘要：水垢是在自来水和工业循环水中常见的问题，给水管道、热交换器和注塑机等水热设备带来严重的损坏和能源浪费。

本研究主要针对水垢问题，通过改性水解聚马来酸酐的合成，研究其阻垢性能。

实验结果表明，改性水解聚马来酸酐具有优异的阻垢性能，可作为一种有效的水垢抑制剂使用。

1. 引言水垢问题一直是工业生产和日常生活中备受关注的难题。

水垢不仅会堵塞管道和设备，还会影响热交换的效率，导致能源浪费。

因此，阻垢技术的研究和应用具有重要的意义。

2. 实验部分2.1 合成改性水解聚马来酸酐将马来酐和氨基磺酸经过缩水醛磺化反应得到改性水解聚马来酸酐。

通过红外光谱和核磁共振等技术对产物进行表征。

2.2 阻垢性能测试采用适量的实验水和一定浓度的改性水解聚马来酸酐进行混合，根据水中剩余钙离子的浓度变化来评估阻垢性能。

3. 结果与讨论3.1 合成改性水解聚马来酸酐经过合成，成功得到改性水解聚马来酸酐。

红外光谱结果显示马来酸酐的C=O键峰发生了位移，表明马来酚发生了氨基磺酸的缩水醛磺化反应。

核磁共振结果进一步证实了产物的结构。

3.2 阻垢性能测试阻垢性能测试结果显示，随着改性水解聚马来酸酐浓度的增加，水中剩余钙离子的浓度逐渐降低。

这表明改性水解聚马来酸酐能够有效地抑制水垢形成，并具有优异的阻垢性能。

4. 结论本研究成功合成了改性水解聚马来酸酐，并研究了其阻垢性能。

实验结果表明，改性水解聚马来酸酐具有优异的阻垢性能，可作为一种有效的水垢抑制剂使用。

这对解决水热设备的阻垢问题具有重要的意义，有助于提高水资源利用率和节能减排。

然而，还需要进一步研究改性水解聚马来酸酐的稳定性、生态安全性以及在实际应用中的效果，以推进该技术的应用和推广。

关键词：改性水解聚马来酸酐，阻垢性能，水垢抑制剂，水热设备，水资源利用本研究通过合成改性水解聚马来酸酐并测试其阻垢性能，发现改性水解聚马来酸酐能够有效地抑制水垢形成，具有优异的阻垢性能。

水解聚马来酸酐（HPMA）的合成工艺水解聚马来酸酐(HPMA)的合成工艺摘要：水解聚马来酸酐（HPMA）对CaCO3和Ca3(P04)2的阻垢效果好，是非常适合工业循环冷却水的阻垢剂；本工艺合成水解聚马来酸酐（HPMA）反应时间短、操作简单、成本低、绿色无污染；所用催化剂及引发剂价兼易得、用量少、活性高；该工艺工序较为简单，安全系数较高，生产周期较短，能耗较低，产量较高，有利于批量生产；原材料利用率高、无污染环境的废物产生。

关键词：水解聚马来酸酐；阻垢；水处理；1、理论依据以《应用化工》、《21世纪水处理剂发展战略[J ]环境工程》为依据。

2、反应原理反应式：见右式。

其合成原理是：在引发剂、催化剂作用下将马来酸酐分子内不饱和双键断裂，从而自身发生聚合反应生成水解聚马来酸酐。

3、生产工艺简介由于马来酸酐碳碳双健的电子云密度低、空间位阻大，难以均聚，是合成反应的瓶颈。

目前主要有三种方法可以生产聚马来酸酐：1、辐射聚合法，它需要一个辐射源设备，条件高，多用于科学研究，在工业上应用基本没有。

2、有机溶剂聚合法，该法采用偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰等为引发剂，用苯、甲苯、二甲苯等为有机溶剂，早期合成聚马来酸酐的工业化生产，多采用此法，此法的缺点是由于有机溶剂的使用和回收，能耗大且易燃易爆，工艺复杂，引发剂价格昂贵且用量较大，造成生产成本高。

3、水溶液聚合法，该法以水代替有机溶剂，优点是消除了苯类有机溶剂潜在的危险，安全卫生，工艺简化，但缺点是引发剂用量大，需要合适的催化剂，目前已经有一些工业化的生产。

通过实验研究，找到一类廉价易得的有效催化剂，通过实验室合成和工业试生产证明了水溶液聚合法工艺已经成熟，能够合成出符合国家标准的产品。

4、产品合成实验过程本实验主要是温度及回流时间的控制，这两项因素控制得成功与否决定了产品的质量：4.1温度控制将顺酐、水、硫酸铁铵加入四口瓶后开始升温，保持其他条件不变，反应1小时，将温度分别取80、90、100、110、120℃，实验中发现，当温度到达105℃。