天冬氨酸-柠檬酸共聚物及其制备方法技术

天冬氨酸-柠檬酸共聚物及其制备方法，它涉及一种可用作水处理药剂的聚天冬氨酸改性产物及其合成方法。本发明专利技术的目的是解决现有聚天冬氨酸改性产物合成工艺复杂、反应速度慢，产品性能不稳定、对CaCO3阻垢率偏低等缺点。天冬氨酸-柠檬酸共聚物的结构式为合成过程为：以天冬氨酸和柠檬酸为原料，在915±50MHz或2450±50MHz、400～10000W的微波条件下，加入少量催化剂和适量有机溶剂，辐射1～30min，合成中间体，此时有机溶剂全部以气体形式回收，中间体经碱性水解得到天冬氨酸-柠檬酸共聚物。本发明专利技术具有工艺简单、反应速度快、产率高、节能、污染少、产品性能稳定、产品阻垢效果明显提高等优点。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及一种聚天冬氨酸衍生物及其制备方法，具体涉及一种可用作绿色水处理药剂的天冬氨酸-柠檬酸共聚物及其制备方法。
技术介绍
：聚天冬氨酸(PASP)作为新型环境友好水处理剂，具有良好的阻垢缓蚀性能和可生物降解性，在工业中应用广泛，且具有广阔的发展前景。自20世纪90年代启，PASP成为水处理药剂领域关注的焦点。但工业循环冷却水系统应用结果证明，在抑制CaCO3和Ca3(PO4)2结垢时，PASP的阻垢性能与部分含磷阻垢剂相比尚存在一定的差距，很大程度上限制了它的推广应用。为了进一步增强PASP的阻垢性能，促进其在水处理领域中的应用，本专利技术对PASP进行了改性。根据PASP传统合成工艺，改性研究可从三处着手，即原料、中间体和最终产物。相应地就有三种改性途径：一是共聚改性，即在反应体系中加入其他共聚单体，合成具有优异阻垢性能的多元共聚物；二是对中间产物开环改性，即通过其他的碱性物质(NaOH除外)，对中间产物开环，以引入除羟基以外的基团；三是交联改性。前两种途径主要用于水处理剂PASP的改性，第三种方法用于医用PASP的改性。其中第1种改性途径是公认的较为有效的，如天冬氨酸与酒石酸、己二酸等，但不是所有的改性都会使阻垢性能得以提高，而且这些工艺都是在传统加热方式下进行，反应速度慢，产率低，产品性能不稳定。
技术实现思路
：鉴于上述改性现状，本专利技术制备了一种聚天冬氨酸新的改性产物——天冬氨酸-柠檬酸共聚物。它在一定程度上克服了现有PASP对CaCO3阻垢性能较差、性能不稳定等缺陷。本专利技术的天冬氨酸-柠檬酸共聚物的结构式为本专利技术按照如下步骤制备天冬氨酸-柠檬酸共聚物：以柠檬酸和天冬氨酸为原料，柠檬酸/天冬氨酸的化学计量数之比为0.01～1.00，向反应物中加入少量有机溶剂及催化剂，其中溶剂与反应物的化学计量数之比为0.10～5.00，催化剂与反应物的化学计量数之比为0.01～1.00，在微波频率为2450±50MHz，微波功率400～10000W的条件下，辐射1～30min，制得中间体，此时溶剂以气态形式回收完毕，然后向中间体中加入NaOH使其溶解，用HCl调pH至3.84，过滤，将滤液用过量无水乙醇沉析，得到沉淀物，在真空干燥箱中干燥，得到天冬氨酸-柠檬酸共聚物。本专利技术采用微波辐射法制得天冬氨酸-柠檬酸共聚物，然后对产品的阻垢性能及可生物降解性能进行了研究。结果表明所得产物性能稳定，对CaCO3的阻垢性能有明显的提高。该生产工艺简单、反应速度快、节能、产率高、污染少等优点。附图说明：图1为本专利技术中天冬氨酸-柠檬酸共聚物的制备流程图。具体实施方式：具体实施方式一：本实施方式的天冬氨酸-柠檬酸共聚物的结构式为：y/(y+x)的范围为0.01～1.00，x+y的范围为4～150。本实施方式中的y/(y+x)的最佳范围为0.06～0.50，x+y的最佳范围为6～75。具体实施方式二：本实施方式按照如下步骤制备天冬氨酸-柠檬酸共聚物：以柠檬酸和天冬氨酸为原料，其化学计量数之比为0.01～1.00；向反应物中加入催化剂和溶剂；应用微波技术，在微波频率为2450±50MHz、微波功率为400～10000W的条件下，辐射反应1～30min，便可得到中间体，此时溶剂以气态回收完毕，中间体水解就可得到天冬氨酸-柠檬酸共聚物，其中催化剂与反应物的化学计量数之比为0.01～1.00，溶剂与反应物的化学计量数之比为0.10～5.00。制备工艺中，反应时间会随功率的提高而缩短，反应时间太短不利于反应均匀，故反应时间不低于3min，功率过高会导致原料短时间内发生部分碳化，所以最适合的功率为400～3000W。不同条件下可得到浅黄色、黄色、浅褐色、褐色、深褐色的产品，分子量为700～18000。本实施方式中柠檬酸与天冬氨酸的最佳化学计量数之比为1∶17～1∶1；催化剂与反应物的最佳化学计量数之比为0.02～0.20；溶剂与反应物的最佳化学计量数之比为0.40～2.10；最佳的辐射反应时间为3～20min；催化剂包括磷酸及磷酸盐、磷酸二氢盐、硫酸及硫酸盐、氯化物等；所用有机溶剂的沸点为150～300℃，包括碳酸丙烯酯、N-N二甲基甲酰胺、环丁砜、二甲基亚砜、碳酸二苯酯等。具体实施方式三：取反应原料共计0.2mol，其中天冬氨酸23.958g，柠檬酸4.2028g，溶剂为15mL，催化剂/原料的化学计量数之比为0.1，不同反应条件下的反应现象列入表1中。表1 不同反应体系下的实验现象由表1中可以看出：天冬氨酸与柠檬酸在无溶剂和催化剂条件下，不发生反应；二者在有机溶剂中，不加催化剂，反应不完全，产率低；在催化剂条件下，并在有机溶剂中，才能得到满意的收率和性能良好的产品。具体实施方式四：按表2中的柠檬酸与天冬氨酸的化学计量数之比取反应原料，原料共计0.2mol；加入三口平底烧瓶，以NaH2PO4·2H2O为催化剂，催化剂与反应物的化学计量数之比为0.1；碳酸丙烯酯为溶剂，用量为15mL；微波辐射功率为1000W，辐射时间为10min；制得中间体，回收溶剂，然后向中间体中加入NaOH溶液使其溶解，用HCl调pH至3.84，过滤，将滤液用过量无水乙醇沉析，将沉淀物于70℃真空干燥，得到产品天冬氨酸-柠檬酸共聚物。产品与商品PASP对CaCO3的阻垢效果列入表2。表2 柠檬酸/天冬氨酸的化学计量数对共聚物产率和阻垢性能的影响*SY/T5673-1993油田用阻垢剂性能评定具体实施方式五：向三口平底烧瓶中加入柠檬酸与天冬氨酸共计0.2mol，柠檬酸/天冬氨酸化学计量数之比为1∶9；催化剂种类按表3选取，催化剂/原料的化学计量数之比为0.05；碳酸丙烯酯为溶剂，用量为15mL；微波功率为1000W，辐射时间为10min；依次制得中间体，此时溶剂回收完毕，然后向中间体中加入NaOH溶液使其溶解，用HCl调pH至3.84，过滤，将滤液用过量无水乙醇沉析，将沉淀物于70℃真空干燥，得到产品天冬氨酸-柠檬酸共聚物。产品和商品PASP对CaCO3的阻垢效果列入表3。表3 不同催化剂对共聚物产率和阻垢性能的影响表4 催化剂/原料的化学计量数之比对共聚物产率与阻垢性能的影响具体实施方式六：向三口平底烧瓶中加入柠檬酸和天冬氨酸共计0.2mol，柠檬酸/天冬氨酸化学计量数之比为1∶9；以NaH2PO4·2H2O为催化剂，催化剂/反应物的化学计量数之比按表4进行；环丁砜为本文档来自技高网...

【技术保护点】
天冬氨酸‑柠檬酸共聚物，其特征在于它的结构式为：式中y/(y+x)的范围为0.01～1.00，x+y的范围为4～150。

【技术特征摘要】
1.天冬氨酸-柠檬酸共聚物，其特征在于它的结构式为：式
中y/(y+x)的范围为0.01～1.00，x+y的范围为4～150。
2.根据权利要求1所述的天冬氨酸-柠檬酸共聚物，其特征在于y/(y+x)的范围
为0.06～0.50，x+y的范围为6～75。
3.天冬氨酸-柠檬酸共聚物的制备方法，其特征在于它按照如下步骤进行制备：
以天冬氨酸和柠檬酸为原料，柠檬酸与天冬氨酸的化学计量数之比为1∶17～9∶1，
向原料中加入催化剂和有机溶剂，在微波频率为915±50MHz或2450±50MHz、
微波功率为400～10000W的条件下，辐射反应1～30min，得到中间体，此时溶
剂全部回收，中间体经碱性水解得到天冬氨酸-柠檬酸共聚物。其中催化剂与反
应物的化学计量数之比为0.01～0.5；有机溶剂与反应物的化学计量数之比为
0.10～5.0。
4.根据权利要求3所述的天冬氨酸-柠檬酸共聚物的制备方法其特征在于所述
反应体系的加热方式为微波加热，功率为400～3000W，辐射...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玉玲，王姣龙，杨越，尹连庆，李伟，赵彩霞，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：河北;13