聚天冬氨酸的合成与应用研究

论文题目: 聚天冬氨酸的合成与应用研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 生物化工

作者: 冷一欣

导师: 欧阳平凯

关键词: 聚天冬氨酸,合成,阻垢,降粘,肥料增效剂,高吸水树脂

文献来源: 南京工业大学

发表年度: 2005

论文摘要: 聚天冬氨酸（Polyaspartic acid，PASP）是近几年来在全球销量日增的绿色化学品，它是一种带有羧酸侧链、可完全生物降解、对环境友好的聚氨基酸。国外文献广泛报道了聚天冬氨酸作为阻垢剂，用于循环冷却水系统、锅炉及油气田水处理；作为降粘剂，用于钻井液处理；作为肥料增效剂，促进植物生长，增加作物产量。近年来，国内对聚天冬氨酸的研究报道主要集中在阻垢方面，而其它领域几乎未曾涉及。本文旨在对聚天冬氨酸的合成及动力学进行研究的基础上，探索不同相对分子质量的PASP与其应用领域之关系，在国内首次开展了聚天冬氨酸在降粘、肥料增效、高吸水树脂制备等方面的应用研究。本文对二类合成聚天冬氨酸的方法进行了研究，一类以L-天冬氨酸为原料，另一类以马来酸酐及其衍生物为原料。以马来酸酐及其衍生物为原料合成聚天冬氨酸，具有原料易得，生产成本低的优势，但所得聚合产品的分子量较低；以L-天冬氨酸为原料，在有或无催化剂存在下，热缩合成聚天冬氨酸，工艺简单，反应过程除生成少量水蒸汽外，对环境无任何污染，根据反应条件的不同，可得到产品的重均相对分子质量Mw在1000-140000范围内。对于用作阻垢和肥料增效剂的聚天冬氨酸，较适宜的反应条件为无催化、反应温度200℃～240℃，反应时间3～4h；用于降粘和高吸水树脂制备的聚天冬氨酸，所需相对分子质量较高，可采用天冬氨酸与磷酸的质量比为5：1，180℃，真空度0.088MPa条件下进行缩聚反应，用线性方程Mw=-7082+10110t，根据所需聚天冬的Mw来确定反应时间，实现可控反应。本文研究了天冬氨酸及其衍生物的逐步聚合反应。在前人对该类线型缩聚反应研究基础上，分别对200℃、220℃、240℃、250℃、260℃，无催化情况下，进行动力学参数测定，得到相应的速率常数分别为3.339×10-5、4.124×10-5、6.643×10-4、1.231×10-3、2.603×10-3[kg2／（mol2·min）]，反应活化能为168.9kJ／mol，频率因子为2.032×1013kg2／（mol2·min）。反应机理和实验数据表明，在本文研究范围内，无催化的缩聚反应属于三级反应，生成聚合物聚合度的平方与天冬氨酸初始浓度的平方和反应时间成正比。本文的研究表明，聚天冬氨酸是对CaCO3垢、CaSO4垢有良好抑制作用的绿色阻垢剂。文中采用静态阻垢评定法对聚天冬的阻垢性能进行了系统的研究，并与常用的阻垢剂聚马来酸、聚丙烯酸等进行了对比。研究发现，聚天冬氨酸相对分子质量的高低对阻垢性能有显著影响。相对分子质量为4700的聚天冬氨酸阻CaCO3垢性能最好，优于聚马来酸和聚丙烯酸。当聚天冬氨酸加入量为4mg／L时，

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第1章文献综述

1.1 聚天冬氨酸的生物降解性

1.2 聚天冬氨酸的合成研究现状

1.2.1 以L-天冬氨酸为原料

1.2.2 以马来酸酐及其衍生物为原料

1.3 阻垢分散剂研究概述

1.3.1 水资源及循环冷却水处理

1.3.2 阻垢剂类别和品种

1.3.3 绿色阻垢剂聚天冬氨酸

1.4 降粘剂研究概述

1.4.1 油田化学品与钻井液处理剂

1.4.2 降粘剂及其分类

1.4.3 降粘剂聚天冬氨酸

1.5 化肥与肥料增效剂

1.5.1 化肥施用与环境污染

1.5.2 化肥的污染防治与肥料增效剂

1.5.3 肥料增效剂聚天冬氨酸

1.6 高吸水树脂研究概述

1.6.1 高吸水树脂发展状况

1.6.2 聚天冬高吸水树脂

1.7 本文研究目的和内容

参考文献

第2章聚天冬氨酸的合成

2.1 实验仪器与试剂

2.1.1 实验仪器

2.1.2 实验原料及试剂

2.2 以马来酸酐为原料

2.3 以L-天冬氨酸为原料

2.3.1 直接热缩合成

2.3.2 以酸为催化剂热缩合成

2.4 聚天冬氨酸的表征

2.4.1 重均相对分子质量的测定

2.4.2 红外光谱测定

2.4.3 核磁共振测定

2.5 反应条件对聚天冬相对分子质量的影响

2.5.1 反应温度对聚天冬重均分子量的影响

2.5.2 反应时间对聚天冬重均分子量的影响

2.5.3 催化剂用量对聚天冬氨酸相对分子量的影响

2.5.4 高相对分子质量聚天冬氨酸的合成

2.6 小结

参考文献

第3章聚天冬氨酸反应动力学研究

3.1 缩聚反应基本理论

3.1.1 缩合反应与缩聚反应

3.1.2 线型缩聚反应分类

3.1.3 线型缩聚反应的平衡常数

3.1.4 反应程度和聚合度

3.2 线型平衡缩聚反应动力学

3.2.1 反应机理

3.2.2 反应动力学方程

3.3 聚天冬氨酸反应动力学

3.3.1 动力学测定方法与讨论

3.3.2 动力学测定结果

3.4 小结

参考文献

第4章聚天冬氨酸的阻垢性能研究

4.1 聚天冬氨酸阻碳酸钙垢性能的研究

4.1.1 实验仪器

4.1.2 实验原料与试剂

4.1.3 实验准备

4.1.4 实验方法

4.1.5 结果与讨论

4.2 聚天冬氨酸阻硫酸钙垢性能的研究

4.2.1 实验主要原料

4.2.2 阻垢性能的测定

4.2.3 结果与讨论

4.3 聚天冬阻垢机理的探讨

4.3.1 聚天冬分子结构的影响

4.3.2 低剂量效应

4.3.3 晶格畸变作用

4.3.4 分散作用

4.4 小结

参考文献

第5章绿色降粘剂聚天冬氨酸

5.1 主要仪器与试剂

5.1.1 主要仪器

5.1.2 主要试剂及原料

5.2 实验装置图

5.2.1 配制基浆的实验装置图

5.2.2 测粘度的实验装置图

5.3 降粘机理的探讨

5.4 实验方法

5.4.1 聚天冬氨酸溶液的配制

5.4.2 基浆的配制

5.4.3 降粘率的测定

5.5 结果与讨论

5.5.1 分子量4000的聚天冬氨酸降粘率测定

5.5.2 分子量为22000的聚天冬降粘率的测定

5.5.3 聚天冬(Mw=60000)降粘率的测定

5.5.4 分子量为85000的聚天冬降粘率的测定

5.5.5 分子量为110000的聚天冬降粘率的测定

5.5.6 不同分子量聚天冬的降粘率效果比较

5.6 小结

参考文献

第6章聚天冬氨酸在农业生产中的应用

6.1 玉米试验

6.1.1 实验部分

6.1.2 结果与讨论

6.1.3 结论

6.2 黄瓜大田小区试验

6.2.1 试验设计

6.2.2 试验方法

6.2.3 试验结果

6.2.4 结论

6.3 草莓大田小区试验

6.3.1 试验设计

6.3.2 试验方法

6.3.3 试验结果

6.3.4 结论

6.4 水稻大田小区试验

6.4.1 试验材料

6.4.2 试验设计

6.4.3 试验方法

6.4.4 试验结果

6.4.5 结论

6.5 小结

参考文献

第7章高吸水树脂的合成与性能

7.1 实验部分

7.1.1 主要原料和仪器

7.1.2 制备方法

7.1.3 吸液倍率的测定

7.2 结果与讨论

7.2.1 红外光谱

7.2.2 合成条件对吸水倍率的影响

7.2.3 吸液动力学

7.3 小结

参考文献

第8章结论

8.1 聚天冬氨酸的合成

8.2 聚天冬氨酸的反应动力学研究

8.3 聚天冬氨酸的阻垢性能研究

8.4 聚天冬氨酸的降粘性能研究

8.5 聚天冬氨酸在农业生产中的应用

8.6 高吸水树脂的合成研究

成果

致谢

发布时间: 2007-03-23

参考文献

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[2].新型聚乙二醇—聚天冬氨酸衍生物药物载体的合成及医用高分子HPLC的表征[D]. 楚延锋.武汉大学2014
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[4].聚天冬氨酸衍生物的合成及其性能研究[D]. 高玉华.河北工业大学2010
[5].基于超分子环糊精的共聚物合成及其包络吸附性能研究[D]. 孙朝阳.华东理工大学2011
[6].可生物降解聚天冬氨酸互穿网络吸水性树脂的合成与性能研究[D]. 卢静琼.太原理工大学2015
[7].聚天冬氨酸功能材料的研制及其缓蚀阻垢性能研究[D]. 杨玉华.兰州交通大学2016
[8].同轴聚天冬氨酸纳米纤维的制备机理及其在离子检测中的应用[D]. 张彩丹.东华大学2017
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