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1、绿色水处理阻垢剂的研究进展及发展方向李晓新谢富强吴艳利呼尔西旦（大港油田集团油田化学有限公司）摘要简要叙述了绿色水处理阻垢剂的应用现状，重点介绍了绿色水处理阻垢剂的性能特点，阐明了水处理阻垢剂的发展方向关键词绿色，阻垢剂，进展水是人类的生存之本，水资源的污染随着社会的进步，国内石油、化工工业的高速发展，石化、钢铁等行业大型、超大型换热设备的投入使用日趋严重，因此提高水的重复利用率，对水处理剂的要求也越来越高。目前国内已研究了磷系、钼系、硅系、钨系等其他一系列接近国际水平的水处理阻垢剂。国外阻垢剂的研究较早，从60年代末就开始使用天然聚合物阻垢剂
2、，70年代后期开发出含磷聚合物兼具缓蚀和阻垢双重性能的水处理剂；90年代相继开发出了几种环境友好型的阻垢剂。近年来国外的研究仍然是以有机膦酸类、聚合物类和绿色阻垢剂为主要研究对象。1水处理阻垢剂的分类水处理阻垢剂按照化学结构分为聚羧酸类、有机磷酸盐类、有机磷酸酯类，祥见表1。表1 阻垢剂的种类类别代表产品主要特征聚羧酸类聚丙烯酸阻碳酸钙、磷酸钙垢良好水解聚马来酸酐阻碳酸钙、磷酸钙垢良好；生成垢较软，耐高温马来酸酐-丙烯酸共聚物阻碳酸钙、磷酸钙垢良好；生成垢较软，耐高温丙烯酸-甲基丙烯酸酯共聚物阻碳酸钙、磷酸钙垢良好膦羧酸共聚物兼有阻垢和缓蚀效果
3、，保持性良好磺酸基聚羧酸兼有阻垢、分散作用，耐铁离子有机膦酸盐类ATMP阻碳酸钙、硫酸钙垢良好，缓蚀HEDP阻碳酸钙垢良好，缓蚀EDTMP阻碳酸钙、硫酸钙垢良好，缓蚀有机磷酸酯类多元醇磷酸酯阻碳酸钙、硫酸钙垢良好，稳定性高，缓蚀目前，随着对阻垢剂的环保要求的日渐提高，绿色阻垢剂的概念已被提出并成为目前及今后的发展方向。现将绿色水处理阻垢剂列表如下。表2绿色水处理阻垢剂的种类类别主要成分天然聚合物阻垢剂木质素、单宁、腐殖酸钠、壳聚糖、淀粉、纤维素等含磷水溶性聚合物阻垢剂PCA、POCA烷基环氧羧盐阻垢剂AEC聚丙烯酸型阻垢剂PAA、PMMA及其钠
4、盐磺酸类共聚物阻垢剂AA、AMPS二元或三元共聚物马来酸酐类共聚物马来酸酐类三元或四元共聚物聚环氧琥珀酸型阻垢剂PESA聚天冬氨酸型阻垢剂PASP及其钠盐和酯2绿色阻垢剂的性能特点2.1天然聚合物阻垢剂用于研制阻垢剂的天然高分子主要有木质素、单宁、腐殖酸钠、壳聚糖、淀粉、纤维素等。但由于它们投加量大、费用高、杂质含量高、高温高压条件下稳定性差,目前只有小型的水处理系统仍在使用，以及应用于复合配方中。但因为天然聚合物的无毒或毒性低的性质，近年来对其进行改性与其它聚合物复配的研究，现在用的大多为磺化木质素和壳聚糖,通过改性,阻垢性能得到了很大提高。
5、木质素分子中含有醚键、碳碳双键、苯甲醇羟基、酚羟基、羰基和苯环等，这些基团可发生烷基化、羟甲基化、酯化、酰化等反应。这些基团中氧原子上的未共用电子对能与金属离子形成配位键,生成木质素的金属螯合物,从而具有阻垢性能。木质素经过化学改性,可进一步提高其阻垢性能,如经烷基化改性后的木素磺酸盐对Ca2+的螯合能力能从40mg/g增加到146mg/g,可用作循环冷却水系统中的阻垢剂。壳聚糖是甲壳素脱除乙酰基后的产物,在pH<9.8的条件下，具有良好的阻CaCO3垢性能，壳聚糖对CaCO3晶核和晶体的活性点有特殊的吸附能力,这会引起晶体变形而无法正常生长,
6、使CaCO3晶体无法形成。此外,壳聚糖分子结构中的-NH2基团对Ca2+有较高的容忍度。若将壳聚糖与丙烯酸共聚进行改性,其阻垢性能会更好。如壳聚糖与丙烯酸的共聚物,其阻垢性能优于壳聚糖；对木质素、单宁改性可得到具有阻垢、缓蚀、絮凝、杀菌作用的多功能水处理剂。淀粉和纤维素都属于碳水化合物中的多聚糖类。由于分子中含有大量羟基,经羧甲基化后,CH2OH基团变成CH22OCH2COONa,成为羧甲基淀粉和羧甲基纤维素(CMC),因而对Ca2+,Mg2+等盐垢晶体生长有一定的抑制作用,可作为阻垢分散剂使用。氧化淀粉属于羧基型鳌和剂，淀粉葡萄糖单元上的羧基
7、在水中能捕捉Ca2+、Mg2+并迅速储存起来，可以有效的降低体系中水的硬度。利用其好的悬浮分散能力和螯合能力，以及易被微生物降解等性质来达到防止污垢再沉积，提高洗涤和阻垢效果，以避免对环境污染的目的，因此也被称为绿色阻垢剂。2.2含磷水溶性聚合物阻垢剂含磷水溶性聚合物是由无机单体次磷酸盐与其它有机单体(丙烯酸、马来酸、含磺酸基单体)共聚而成，其特点是将羧酸基与磷酸基结合在同一个分子上，由于其分子上同时有=PO(OH)基和-COOH基,因而具有较好的阻垢和缓蚀能力,主要对碳酸钙垢有效,其复合配方对硫酸钙垢、磷酸钙垢以及分散粘泥和氧化铁也有协同效果
8、。按膦基所处的位置,含磷聚合物分为两类：一类叫作膦酸亚基聚羧酸、膦基聚羧酸或聚膦基羧酸(简称PCA)化合物，其特点是膦基处于聚合物中间，共聚所用单体可
