聚环氧琥珀酸的研究进展

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1、绿色环保型阻垢剂聚环氧琥珀酸的研究进展于莉莉李国云弗克科技（苏州）有限公司摘要：详细叙述了绿色阻垢剂聚环氧琥珀酸的合成及其性能，并对其发展方向作出了展望。关键词：绿色阻垢剂，合成，性能1前言21世纪，全球都面临着水资源紧缺的突出矛盾，特别是中国。中国水资源匮乏，加上水环境污染严重，可利用的水资源很少，因此如何节约和保护水资源成为当务之急。节约水资源最主要的是节约工业冷却水。其主要方法是循环利用冷却水，提高浓缩倍率，但由于不断的蒸发和浓缩，水中的各种矿物质、藻类及泥沙等不断增多，会导致设备结垢、腐蚀和造成水质污染。这样，就要求向水中投加药剂，以减少损害，其中，使用

2、最多的为投加阻垢剂。绿色化学是20世纪90年代出现的一个多学科交叉的研究领域[1]，随着人们环境保护意识的不断增强，绿色化学成为研究的重点。在水处理化学中，开发可生物降解的“环境友好”型水处理化学品已经越来越受到人们的重视，成为21世纪中水处理领域的一个重要发展方向，研究绿色阻垢剂也成为当前水处理剂研究中的重要课题。绿色阻垢剂的发展经历了由天然高分子绿色阻垢剂到人工合成型绿色阻垢剂的过程。天然绿色阻垢剂因其原料来源广泛、无毒、易降解、价廉和易回收等特点，在水处理界得到高度的重视和广泛的研究，发展也很快。常见的天然高分子绿色阻垢剂有葡萄糖酸钠、木质素、淀粉和单宁及

3、其衍生物等[2]。由于天然绿色阻垢剂具有投加量大（50~200mg/L）高温条件下易分解、杂质含量高等缺陷，现在应用较少。目前发展的人工合成型绿色阻垢剂主要包括聚天冬氨酸（PASP）和聚环氧琥珀酸（PESA）。这两种阻垢剂是目前国际公认的具有无磷、可生物降解特性的绿色水处理剂。本文主要介绍PESA的合成、性能及其发展。2PESA的发展聚环氧琥珀酸（PESA）是20世纪90年代初由美国Betz实验室首先开发出来的一种绿色水处理剂[3,4]。下面为聚环氧琥珀酸钠的结构式：其中，n值一般为2~50，n值在2~25时，效果更好，Na+可被H+或其他水溶性阳离子代替，如K

4、+、NH4+等。PESA既具有良好的阻垢性能（对钙、镁、铁等离子的螯合能力较强），又无磷、无氮且易生物降解，适用于高碱高固水系，可用于锅炉水处理、冷却水处理、污水处理、海水淡化、膜分离等。PESA因在聚合物中插入了氧原子而使其阻垢性能大大优于常用有机膦酸类聚合物阻垢剂。研究表明[5]，在pH值为9.0，[Ca2+]=1000mg/L，[HCO3—]=500mg/L，温度80℃的条件下，试验6h。当PESA的投加浓度为1mg/L，2mg/L，6mg/L，10mg/L时，碳酸钙的阻垢率分别为82%，95%，99%，100%。3PESA的合成根据合成步骤和条件的不同，

5、文献报道的有关聚环氧琥珀酸的合成的方法主要有以下两种：一步合成法和两步合成法，以下将对这两种方法进行分别阐述。3.1一步合成法1989年，美国Prector&Gamble公司[6]发表了制备聚环氧琥珀酸的专利，该专利以马来酸酐为原料，加氢氧化钠使之碱性水解成马来酸钠，然后以钨酸钠为催化剂，用双氧水氧化得到环氧琥珀酸钠以后，用Ca(OH)2引发剂，得到聚环氧琥珀酸钠。该方法操作比较简单，原料也很廉价，是目前应用最广泛的合成方法。1999年，熊蓉春等[7]以马来酸酐为原料，用水和碱使之水解生成马来酸盐，再以CatA（过氧化物催化剂）和CatB（钒系催化剂）为催化剂进

6、行环氧化反应，生成环氧琥珀酸，最后以CatC（稀土催化剂）为催化剂使之聚合，得到PESA。2003年，熊蓉春等[8,9]直接以环氧琥珀酸为原料，成盐以后，用碳酸钙或者硫酸钙为引发剂进行聚合生成PESA。3.2两步合成法2001年，王风云等[10]利用两步法合成了PESA，先用马来酸酐合成环氧琥珀酸盐，之后用丙酮洗涤沉淀干燥，配成2.0mol/L的溶液，在一定的温度下，分批加入引发剂Ca(OH)2，聚合得到PESA。4PESA的阻垢性能4.1PESA阻CaCO3垢的性能白华萍等[11]用鼓泡法将PESA与常用阻垢剂HPMA、HEDP和PBTCA进行阻垢性能比较，结

7、果如图1所示。由图可以看出：PESA合成的产品比HEDP、HPMA具有更好的阻垢性能，但与PBTCA相比，PESA的阻垢性能稍差。当PESA的投加量为10mg/L时，已经具有较好的阻垢性能。4.2PESA阻CaSO4垢的性能雷武等[12]分析了PESA的阻CaSO4垢的性能，结果如表1所示。分析结果表明：PESA阻CaSO4垢的性能较为优异，比常用的阻垢剂的阻垢性能要好，在加药量大于10mg/L时，产生阈值现象使阻垢率达到100%。4.3PESA阻Ca3(PO4)2垢的性能雷武等[12]同样评价了PESA阻磷酸钙的沉积能力，结果如表2。表上可以得出，虽然PESA

8、阻磷酸钙沉积的能力比有机