Il processo di sintesi e la tecnologia di modifica dell'acido poliaspartico (PASP)

1.Introduction

Attualmente, ci sono due principali tecnologie di processo per la sintesi del PASP: la prima è il metodo dell'acido L-aspartico che utilizza il monomero dell'acido L-aspartico come materia prima, che si riferisce al prodotto PASP ottenuto attraverso policondensazione ad alta temperatura, idrolisi in condizioni alcaline e successive fasi di raffinazione come la neutralizzazione in determinate condizioni. La seconda è il metodo dell'anidride maleica che utilizza anidride maleica, acido maleico o acido fumarico e altri composti contenenti azoto che possono produrre ammoniaca come materie prime. Questo metodo prepara prima il polisuccinimide intermedio dalla materia prima, quindi il polisuccinimide subisce una reazione di idrolisi per preparare sale PASP, quindi il cloridrato PASP viene acidificato per preparare PASP, e infine il PASP e ottenere il suo sale purificato.

Sebbene l'inibizione della scala, la dispersione, la chelazione e altre proprietà del PASP preparate dalle due tecnologie di processo di cui sopra siano equivalenti, quando si utilizza l'acido L-aspartico come materia prima per il processo di produzione di polimerizzazione del restringimento termico in fase solida, sebbene abbia i vantaggi di un'ampia fonte di acido aspartico, un processo di produzione semplice, un alto tasso di conversione e nessun inquinamento, l'acido L-aspartico solido è in uno stato cristallino ionico, grandi dimensioni delle particelle, alta cristallinità e struttura interna densa, che porta a un lento trasferimento di calore, una reazione irregolare e un elevato consumo di energia nella reazione di polimerizzazione del restringimento termico in fase solida, che alla fine influisce sulle prestazioni di inibizione della scala del PASP. Inoltre, la materia prima acido L-aspartico è relativamente costosa, con conseguenti alti costi di produzione e quindi ci sono svantaggi come la scarsa competitività sul mercato

Sebbene il peso molecolare del prodotto sintetizzato con il metodo dell'anidride maleica sia basso, ha ancora buone applicazioni in inibitori di scala, inibitori di corrosione, ecc. E ha una buona efficienza economica, quindi è diventato un punto caldo per la ricerca e lo sviluppo attuali. Attualmente, PASP è per lo più sintetizzato dal processo di anidride maleica utilizzando l'anidride maleica come materia prima.

2 Progressi della ricerca

Attualmente, la ricerca e lo sviluppo di PASP si concentrano sul processo di sintesi e sulla tecnologia di modifica.

2,1 Tecnologia del processo di sintesi

Il processo di sintesi del PASP utilizzando l'acido L-aspartico. Il metodo consiste nel condensare a caldo l'acido L-aspartico in presenza o assenza di un catalizzatore per ottenere una polvere solida di polisuccinimide, quindi idrolizzarla in condizioni alcaline per ottenere PASP. L'intero processo di produzione di questo processo non produce "tre rifiuti" e sottoprodotti che inquinano l'ambiente. Presenta i vantaggi di un processo di produzione semplice e di un facile controllo, ma ci sono carenze come la stretta distribuzione del peso molecolare e il colore chiaro del prodotto ottenuto.

Un metodo per sintetizzare PASP utilizzando liquidi ionici. Il metodo consiste nel reagire anidride maleica, composti contenenti azoto e acqua in un rapporto di massa di 1: (1-2): (1.5-2.5) a pressione normale e 60-90C per 1-3 ore per ottenere maleato di ammonio; 1% -5% di liquido ionico acido viene aggiunto alla soluzione di maleato di ammonio come catalizzatore e una reazione di polimerizzazione viene effettuata a pressione normale e 160-200C per generare polisuccinimide; il polisuccinimide viene idrolizzato a pH 10-12 e 20-40C per ottenere il prodotto. Il metodo non è solo ecologico ed ecologico, ma anche il catalizzatore liquido ionico può essere riutilizzato, il che può ridurre i costi di produzione.

Un metodo per sintetizzare PASP usando anidride maleica e ammoniaca. Il metodo consiste nel reagire all'anidride maleica fusa con ammoniaca in un reattore chiuso, assorbire il gas rimanente dopo la reazione, aggiungere una soluzione di NaOH e neutralizzare per ottenere una miscela di maleamato di sodio e maleamato di ammonio; quindi riscaldare direttamente la miscela in un reattore chiuso ed eseguire la policondensazione sotto agitazione, far evaporare l'acqua dopo la reazione di policondensazione per ottenere un solido di polisuccinimide; aggiungere acqua a un altro reattore e iniziare a mescolare, aggiungere il solido di polisuccinimide, aggiungere lentamente la soluzione di NaOH, riscaldare ed eseguire l'idrolisi per ottenere una soluzione di PASP. Il metodo semplifica il processo di produzione di PASP e il PASP ottenuto può soddisfare i requisiti di peso molecolare di diversi campi di applicazione e il processo di produzione è rispettoso.

Il PASP è sintetizzato con un metodo semi-solvente a microonde. In primo luogo, l'anidride maleica o l'acido fumarico e l'ammoniaca o il sale di ammonio sono usati come materie prime, viene aggiunta una piccola quantità di solvente e la frequenza delle microonde è (915±50) MHz o (2 450±50) MHz e la potenza è 200-20 000 W. Il polisuccinimide a basso peso molecolare (PSI-I) viene sintetizzato e il solvente viene completamente recuperato in questo momento; quindi PSI-I viene utilizzato come materia prima e la frequenza delle microonde è la stessa e la potenza è 400-50 000 W. La condizione viene irradiata per 1-30 minuti senza solvente e si ottiene un polisuccinimide ad alto peso molecolare (PSI-II); PSI viene quindi idrolizzato PASP molecolare. Questo metodo non è solo semplice nel processo, non richiede la separazione del solvente, ha una velocità di reazione rapida, un alto rendimento, un risparmio energetico e meno inquinamento, ma può anche migliorare il peso molecolare e le prestazioni di inibizione della scala del prodotto, ma i requisiti per le attrezzature sono relativamente elevati.

È stato sviluppato un nuovo metodo per sintetizzare PASP. Il metodo consiste nell'aggiungere anidride maleica al reattore, quindi aggiungere acqua deionizzata al reattore e quindi passare l'ammoniaca ad una velocità di 25-35 mL / min, in cui il rapporto di massa dell'anidride maleica all'acqua deionizzata è 1: (0.1-1) e il rapporto molare dell'anidride maleica all'ammoniaca è 1: (0.1-3); dopo aver passato l'ammoniaca, riscaldare a 60-100 C per la reazione per 20-40 min, quindi continuare a riscaldare a 140-240 C per la reazione di polimerizzazione per 1-10 h; dopo la reazione, versare il liquido marrone-rossastro in un imbuto separatore e aggiungere etanolo anidro, estrarre il liquido separato per ottenere materiale viscoso acido poliaspartico e ottenere il prodotto dopo PASP. Questo metodo può realizzare la sintesi one-step di PASP, ha un processo semplice, può migliorare notevolmente l'efficienza produttiva e ridurre i costi e può realizzare una produzione su larga scala.

Il PASP è stato sintetizzato usando ammoniaca liquida e anidride maleica come materie prime. Gli effetti del rapporto molare tra anidride maleica e ammoniaca liquida, la temperatura e il tempo di sintesi del maleato di ammonio, la temperatura e il tempo di polimerizzazione e il pH di idrolisi sulla resa in polisuccinimide e il peso molecolare del PASP sono stati studiati. I risultati hanno mostrato che le condizioni di reazione ottimali erano (anidride maleica) (ammoniaca liquida) = 1 1,2, la temperatura di sintesi del maleato di ammonio era 85 ℃, il tempo di reazione era 2 h, la temperatura di polimerizzazione era 210 ℃, il tempo di polimerizzazione era 4 h e il pH di idrolisi era 9. In assenza di catalizzatore, la resa in polisuccinimide può arrivare a oltre il 95%.

Un metodo per sintetizzare il PASP in una sola fase utilizzando un catalizzatore acido solido. Il metodo comprende le seguenti fasi: immissione di anidride maleica in un reattore, aggiunta di acqua deionizzata, raffreddamento con acqua di raffreddamento, quindi gocciolamento di acqua ammoniacale e scarico di acqua dopo che la reazione è stata completata; quindi aggiunta di un catalizzatore montmorillonite modificato con acido e paraffina liquida al reattore, aumento della temperatura alla temperatura di polimerizzazione per la reazione, raffreddamento con acqua di raffreddamento dopo la reazione e scarico del liquido di reazione; versamento della paraffina liquida nel liquido di reazione per il recupero, ottenendo un liquido viscoso marrone rossiccio e ponendolo in un reattore, aggiunta di acqua deionizzata al reattore e filtraggio, precipitazione del filtrato con un precipitante maggiore, separazione dei liquidi e separazione del peso del catalizzatore molecolare con carta da filtro per ottenere un nuovo metodo PASP acido. Inoltre, aggiungendo una quantità leggermente eccessiva di acqua ammoniacale, le reazioni di polimerizzazione e idrolisi vengono eseguite in un unico sistema, che può semplificare il processo di sintesi e facilitare la produzione su larga scala.

2,2 Tecnologia di modifica

A causa del singolo tipo di gruppi funzionali nella molecola PASP, le sue prestazioni sono singole e la sua applicazione è limitata, quindi la modifica PASP è diventata la direzione principale della ricerca.

Un metodo per la preparazione di PASP modificato con un composto dicarbonilico. Il metodo utilizza acqua come solvente e reagisce polisuccinimide con un composto dicarbonilico sotto la catalisi di NaOH per ottenere un composto dicarbonilico modificato PASP. Il metodo può ottenere un PASP ecologico modificato con un'alta efficienza di inibizione della scala e un peso molecolare medio di viscosità stabile e adatto.

Un metodo per sintetizzare un PASP modificato con una struttura di base di Schiff. Il metodo comprende le seguenti fasi: aggiunta di anidride maleica a un reattore riempito con acqua distillata, agitazione in un bagno d'acqua a 30-60C, quindi gocciolamento di acqua ammoniacale nel reattore, reagendo a 60-100C per 0.5-3 h; riscaldamento del bagno d'olio a 180-240C in condizioni di Ar, reagendo per 20-40 min, quindi aggiunta di dimetilformammide per sciogliere la sostanza viscosa e ottenimento del prodotto polysuccinimide; dissoluzione di polysuccinimide e thiocarbazide (CD) in un reattore riempito con acqua distillata, riscaldamento e agitazione per 6-12 h per ottenere il prodotto PASP / CD; infine, riscaldamento e riflusso della soluzione acquosa di PASP / PASP modificato con etanolo. La catena principale dell'inibitore di corrosione PASP modificato con struttura di base Schiff preparata con il metodo appartiene a un polimero biodegradabile e il tasso di inibizione della corrosione può raggiungere più del 90%.

Al fine di migliorare le prestazioni di inibizione delle incrostazioni del PASP, è stato condotto uno studio di modifica su di esso. I risultati hanno mostrato che: 29,4 g di anidride maleica sono stati utilizzati per ottenere il precursore polisuccinimide mediante polimerizzazione e 1 / 2 della quantità di polisuccinimide è stata utilizzata come matrice e la tiourea è stata utilizzata per aprire l'anello. Quando la quantità di tiourea era di 1 g, la temperatura di policondensazione modificata era di 100 C e il tempo di reazione era di 2,5 h, è stato ottenuto il PASP modificato con il miglior effetto di inibizione delle incrostazioni. L'analisi della spettroscopia a infrarossi ha confermato che un gruppo amminico di tiourea si è condensato con il gruppo carbossilico sulla catena laterale originale per formare un legame ammidico e un nuovo gruppo funzionale è stato aggiunto alla catena laterale del PASP per migliorare il suo tasso di inibizione.

Un copolimero a innesto PASP e un metodo di sintesi dello stesso. Il metodo consiste nell'utilizzare anidride maleica e urea come materie prime, aggiungere anidride maleica, acqua distillata, urea e miscela di acido fosforo-solforico 1: 1 in un matraccio a quattro colli in condizioni di bagno d'olio, mescolare meccanicamente per 1 o 2 ore, spostare il prodotto in un dispositivo di reazione in fase solida fino a quando il peso molecolare medio della viscosità è da 5.000 a 10.000, raffreddare, aggiungere acqua distillata per il lavaggio, filtro sottovuoto e asciugare per ottenere polisaccinimide; prendere una certa quantità di polisuccinimide e acqua per mescolare per formare una sospensione, mescolare la triptamina con una quantità adeguata di acqua, aggiungerla lentamente alla sospensione e reagire per 24 ore; dopo aver regolato il pH, far cadere la soluzione in etanolo idroanidrico, rimuovere il sovracconatante Pa secco per 24 ore. L'agente di trattamento delle acque verde, efficiente, non tossico, privo di fosforo, biodegradabile e fluorescente preparato con il metodo viene utilizzato nel trattamento delle acque di raffreddamento a circolazione industriale per ridurre l'inquinamento secondario delle acque industriali e l'eutrofizzazione dei corpi idrici.

Un inibitore di corrosione PASP con un gruppo laterale contenente un anello di imidazolo e un alcano a catena lunga e un metodo di preparazione dello stesso. Il metodo è che il polisuccinimide reagisce con composti alchilaminici e 2-aminoimidazolo in un solvente e infine regola il pH a 8-10 per idrolizzare il gruppo diimide rimanente per ottenere l'inibitore di corrosione desiderato, in cui il composto alchilaminico è un composto alcano di C6-C18. L'inibitore di corrosione PASP preparato con il metodo ha una catena principale idrofila e una catena laterale idrofobica. La catena principale idrofila e l'imidazolo laterale a catena corta sono attaccati stabilmente alla superficie metallica per formare un film attraverso effetti idrofili e idrofobici o effetti di coordinazione, isolando il fattore di corrosione laterale dal contatto diretto con l'acqua del metallo; interviene a respingere il metallo con la catena idrofobica con il metallo. Inoltre, le materie prime per la preparazione dell'inibitore di corrosione PAPS sono ampiamente disponibili, il processo è semplice ed ecologico ed è adatto alla produzione industriale.

Un metodo per la preparazione di un derivato PSAP contenente gruppi di acido carbossilico e gruppi di acido solfonico. Il metodo utilizza l'acido aspartico come materia prima e adotta un metodo di policondensazione termica in fase solida per ottenere polisuccinimide. Dopo che il polisuccinimide è sciolto in acqua, 2-aminoethanesulfonate e le soluzioni acquose di glutammato sono aggiunte a goccia allo stesso tempo e il pH della soluzione è regolato a 8-10, la temperatura di reazione è 10-30 C e il tempo di reazione è 18-26 h per ottenere una soluzione trasparente rosso-marrone; il solido viene precipitato con etanolo anidro, filtrato a pressione ridotta e lavato con acetone per ottenere un prodotto solido giallo-marrone e un derivato PAPS contenente acido solfonico e gruppi di acido carbossilico si ottiene dopo l'essiccazione sotto vuoto. Questo metodo migliora l'inibizione completa della scala e le prestazioni di dispersione del PASP introducendo gruppi di acido carbossilico e acido solfonico nella struttura, ha buoni effetti di inibizione della scala e di inibizione della corrosione e ha una buona biodegradabilità.