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阻垢剂在工业水循环系统中的现状与发展

2013-09-25 14:18:25

 
冷却水在运用时不断循环和浓缩,水中的矿物质含量也会不断添加,然后导致设备管道结垢,腐蚀.尘垢的存在不但会影响传热功率,还会发生垢下腐蚀.因 此,循环水中防垢非常重要.当前,在工业循环冷却水处理过程中,大多选用投加化学药剂的办法操控尘垢的构成.通常将能够避免水垢和尘垢发生或许按捺其堆积 成长的化学药剂统称为阻垢剂.阻垢剂在工业上常用的方式首要有阻垢缓蚀剂和阻垢涣散剂两种.阻垢缓蚀剂首要有以下类型:无机聚合磷酸盐,有机多元磷酸,葡 萄糖酸和单宁酸等.当前循环水体系中多选用磷系配方,其顶用的最多的是有机多元磷酸.阻垢涣散剂首要是中,低相对分子质量的水溶性聚合物,包含均聚物和共 聚物两大类,其间均聚物有聚丙烯酸及其钠盐,水解聚马来酸酐等,共聚物的种类较多,以丙烯酸系和马来酸系的两元或三元共聚物为主.

有机多元磷酸阻垢缓蚀剂

有机磷酸是一类阴极型缓蚀剂,它们又是一类非化学当量阻垢剂,具有显着的溶限效应(ThresholdEffect).当它们和其他水处理剂复合使 用时,可表现出抱负的协同效应.它们对许多金属离子(如钙,镁,铜,锌等)具有优秀的螯合才能,乃至对这些金属的无机盐类如硫酸钙,碳酸钙,硅酸镁等也有 较好的去活化作用,因而很多运用于水处理中.当前它的种类还在不断的开展,所以是一类对比先进且有开展出路的药剂.可是磷的存在会对环境构成必定的影响.

亚甲基膦酸型

亚甲基膦酸型化合物是在水处理剂中运用较早的药剂之一.因为它能在水中与Ca2 ,Mg2 ,Zn2 ,Fe2 等金属离子构成双五元环螯合物,因 此它具有较好的阻碳酸钙垢的作用和对碳钢的缓蚀功用.常见的有氨基三亚甲基膦酸(ATMP),乙二胺四亚甲基膦酸(EDTMP),二乙烯三胺五亚甲基膦酸 (DETPMP),己二胺四亚甲基膦酸(HDTMP),甘氨酸二亚甲基膦酸(GDMP),甲胺二亚甲基膦酸(MADMP).

同碳二膦酸型

同碳二膦酸型化合物中常见的有1-羟基亚乙基-1,1-二膦酸(HEDP)和1-氨基亚乙基-1,1-12二膦酸(AEDP).其间HEDP是开发 较早并用于水处理中的药剂之一.它能与金属离子构成六元环螯合物,其抗氧化性好于亚甲基膦酸型化合物,除对碳酸钙外,还对水合氧化铁和磷酸钙等水垢有较好 的按捺作用.美国贝茨公司开发的羟基亚丙基二磷酸(HPDP)是国外20世纪80时代报导的功用优秀的缓蚀阻垢剂,虽然在分子布局上只比HEDP添加了一 个亚甲基,但它对Ca2 离子的操控才能却远远超越HEDP,并能有用的避免冷却水中发生碳酸钙,磷酸钙和硫酸钙垢,这对进步冷却水的浓缩倍数是有利的. 艾仕云等对HPDP进行了体系研讨,也证明HPDP是一种有开发和运用出路的兼具阻垢缓蚀功用的有用水质安稳剂.

羧酸膦酸型

在一些特别场合,如高硬水,高pH水,换热表面温度对比高级严苛工况条件,或在高浓缩倍数下运转的冷却水介质中,上述几种有机磷酸很难满意技术要 求.国内外水处理公司先后开发了更高效的羧酸膦酸型缓蚀阻垢剂,它们优秀的缓蚀阻垢功用适用于各种严苛技术条件下运转.其间最具代表性的商品2-膦酰基丁 烷-1,2,4-三羧酸(PBTCA)和1,1'-二膦酸丙酸基膦酸钠(BPBP).其间PBTCA是20世纪70时代初由德国的H.Geffers等首 先研发并在20世纪80时代后期开发运用的.分子中有三个羧基和一个膦酰基,具有对金属离子较强的螯合才能,显现出了较强的缓蚀和阻垢才能.近几年来,华 东化工学院和南京化工学院对其组成和运用进行了体系研讨,试验标明PBTCA能耐酸,碱和氧化剂作用,在p

高温状况下,其阻垢功用优于HEDP,ATMP,是优秀的阴极型缓蚀剂.特别是在高剂量运用时,是一种高效缓蚀剂.

大分子有机磷酸

为增大有机磷酸类阻垢剂的钙离子容忍度,进步其对铁,锌,锰等氧化物和硅酸盐的涣散安稳作用,研讨者发现当有机磷酸分子以恰当的布局方式存在时,随 着相对分子质量的增大,药剂在阻垢,缓蚀,复配增效等功用方面有显着的改进.20世纪90时代开端研发成功了相对分子质量在数百范围内的大分子有机磷酸, 典型商品如多氨基多醚基亚甲基膦酸(PAPEMP),还有相对分子质量在2000以上的膦酰基羧酸共调聚物(POCA),膦酰基聚丙烯酸(PPCA)等. 因为此类共聚物相对分子质量较大,因而不只坚持了羧酸类聚合物的阻垢涣散性,并且进步了其缓蚀功用,兼有阻垢,涣散,缓蚀和复配增效等多种功用,变成真实 意义上的多功用阻垢缓蚀剂.何焕杰曾对大分子有机磷酸的研讨现状和开展状况做过总述.

水溶性聚合物阻垢涣散剂

水溶性均聚物

阻垢功用优越,无磷,非氮且易生物降解的水处理剂一直是研讨者感兴趣的方向之一,当前有工业运用报导的均聚物首要有聚环氧琥珀酸(PESA)和聚天冬氨酸(PASP)两种商品.聚环氧琥珀酸(PESA)是较早开发成功的一个"绿色"水处理剂种类.Betz试验室于20世纪90时代初开宣布无磷,非氮 的绿色阻垢剂———聚环氧琥珀酸(PESA),它的毒性小,生物降解性好,易为环境所承受.熊蓉春也曾成功制得PESA.作为阻垢剂,PESA首要用于冷 却水处理,适用于高碱,高硬,高温条件.它与氯的相容性好,阻垢功用不受氯浓度的影响.PESA与磷酸钠,PBTCA等多种药剂复配运用均有较好的协同效 应.在高硬度,高碱度的水质条件下,PESA对碳酸钙的阻垢作用优于ATMP和HEDP.试验标明,相对分子质量在400~800的PESA阻垢功用最 好.Donlar公司于20世纪90时代前期出产和运用了聚天冬氨酸(PASP),为此荣获了1996年度"美国总统绿色化学应战奖".试验证明聚天冬氨 酸具有杰出的缓蚀阻垢功用,能按捺CaCO3,CaSO4和BaSO4垢的构成,可耐高温,热安稳性好,可运用于高温,高钙水体系及反渗透膜处 理体系,所以对这类水处理剂的研讨与开发在国外已变成热门.德国,美国,英国,日本,俄罗斯,法国,波兰等国的多家公司活跃研讨开发了PASP.有研讨报 道以为,PASP在相对分子质量为2000~5000,运用质量浓度为3~5mg/L时阻碳酸钙垢功用最佳;在相对分子质量为1000~4000,运用质 量浓度为2~3mg/L时阻硫酸钙垢功用最佳;在相对分子质量为3000~4000,运用质量浓度为4~5mg/L时阻硫酸钡垢功用最佳.

水溶性共聚物

这些年,共聚物阻垢剂一直是循环冷却水处理药剂研 究的热门.因为大多数共聚物布局中不只富含羧基,并且富含羟基,酯基,磺酸基或膦酰基等亲水性基团,因而共聚物的阻垢涣散功用远比水溶性均聚物优秀.它们 的特点是不只能够按捺碳酸钙垢,一起对磷酸钙垢,膦酸钙垢,氧化铁,黏泥等也有极好的按捺涣散作用.从早期的均聚物,开展到二元共聚物,三元共聚物,共聚 物阻垢涣散剂的种类在不断增多.二元共聚物包含马来酸/丙烯酸共聚物(AA-MA),丙烯酸/丙烯酸羟丙酯共聚物(AA-HPA),丙烯酸/2-丙烯酰胺 基-2-甲基丙磺酸共聚物(AA-AMPS),马来酸酐/苯乙烯磺酸共聚物,丙烯酸/有机磺酸共聚物等.三元共聚物如马来酸/丙烯酸/2-丙烯酰胺-2- 甲基丙磺酸类三元共聚物,马来酸/丙烯酸/丙烯酰胺共聚物,丙烯酸/丙烯酰胺/烷氧基聚乙烯丙烯酸酯等.此外,美国Rohm-Hass公司于20世纪80 时代后期开发了AA-EA-AMPS共聚物,Nalco公司开发成功了AA-VS-VA含乙烯磺酸单体的共聚物等.国内相似商品工业化运用作用亦非常显 著.

其他几种阻垢剂

李成海在n(NaClO):n(C6H10O5)=3:4,60°C,pH为8.5的条件下反响90min制得了氧化多糖,相对分子质量在500~1200,羧基质量分数为25%~42%,有极好的络合钙功用,阻垢率高达97%,可用作锅炉水, 循环冷却水的阻垢剂,是一种安全无毒的水处理剂。徐丽英等用天然高分子淀粉作质料进行化学反响下降相对分子质量,引进羧酸等活性基团获得了不易腐朽的水溶 性氧化淀粉(OS).试验标明,在Ca2 质量浓度为50~300mg/L范围内氧化淀粉具有极好的阻垢功用,阻垢率达100%,在高温,高钙,高pH的 条件下氧化淀粉与水解聚马来酸酐复配运用可到达极好的阻垢作用.在工业循环冷却水体系中,运用氧化淀粉复配药剂,无毒,无富营养化疑问,它排入环境易生物 降解,能够削减环境污染.所以这类商品有着宽广的运用远景和极好的社会效益.刘国华等初次将钨酸盐与聚天冬氨酸进行复合,筛选出无磷钨系水处理剂,得到的 复合配方不含磷及重金属离子,契合环境友好的需求,试验标明其阻垢率为91.67%,缓蚀率98.71%.

结束语

因为磷的排放将导致周围水域的富营养化,推进菌藻的滋长构成"赤潮",为此欧美发达国家已别离提出禁磷限磷办法,如德国需求磷的排放≤1mg/L.中国制定的归纳污水排 放规范也对磷的排放量做了约束.从久远开展趋势看,磷系水处理缓蚀剂的出产和运用必将受到约束.将来的阻垢剂将向着绿色环保型方向开展,加强无磷或少磷的 高效阻垢剂的研讨,特别是研发能在严苛条件下仍能发扬效能的高效阻垢剂,开发具有阻垢弛缓蚀两层成效的商品有着严重的经济效益和社会效益.


 

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