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杨琥教授科研小组在绿色减垢剂研发中的最新进展

       阻垢剂是一种非常重要的水处理药剂,常应用于海水/苦咸水淡化、循环冷却水等系统,以缓解结垢带来的膜污染、循环冷却水系统传热效率降低及设备腐蚀等问题。目前市场上传统的阻垢剂主要是磷系阻垢剂,但在其使用过程中会增加水中磷元素的含量,导致水体富营养化和增加膜系统生物污染。所以低磷或无磷阻垢剂的研发受到了人们的广泛关注。多糖类物质是一类天然聚合物,如淀粉,壳聚糖,菊糖和海藻酸等,不仅具有无磷和可生物降解等特点,其分子链上还含有丰富的活性官能团,包括羟基、羧基和氨基等,具有良好的螯合、分散和晶格畸变等作用。与目前学术界广泛研究的一类绿色减垢剂——聚天冬氨酸相比,这些天然高分子材料还具有来源广泛、易改性等特点。因此,多糖类天然高分子具有作为绿色阻垢剂的显著潜力。
       杨琥教授课题组以一种来源广泛价格低廉的天然高分子材料——淀粉为主要基材,采用接枝共聚手段,制备了具有不同分子链结构的淀粉接枝聚丙烯酸(St-g-PAA)阻垢剂,通过静态阻垢法对接枝产物的阻垢性能进行了评价,重点研究了接枝共聚物结构因素(接枝率及接枝链分布等)对阻垢性能的影响,还使用扫描电子显微镜和X射线衍射对垢体晶型变化进行了系统分析,从分子水平上,建立了构效关系。研究表明St-g-PAA分子链形态结构对其阻垢效率具有重要影响。在接枝率相近的情况下,支链数量较多且接枝链较短的St-g-PAA表现出更佳的阻垢性能,这可能是由于支链端基活性效应被增强所引起的螯合、分散和晶格畸变等多种效应协同作用的结果,如图1所示。该研究成果为多糖类绿色阻垢剂的研发提供了一定的理论依据。
图1 不同链结构St-g-PAA阻垢机制简图

       这一科研成果近日在线发表于Water Research(doi: 10.1016/j.watres.2018.04.021)。博士生余伟和硕士生王亚文是该工作共同第一作者,杨琥教授是通讯作者,环境学院李爱民教授参与了课题的研究。研究得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、江苏省“六大人才高峰”项目和污染控制与资源化国家重点实验室的支持,作者对此一并表示感谢。

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