羟基乙叉二膦酸阻垢复配性能的研究

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1、化学工程学院新产品开发训练报告2010-12课题名称：羟基乙叉二膦酸阻垢复配性能的研究课题类型：班级：姓名：学号：指导教师：成绩：评语：指导教师签名：8第一部分文献综述1.1水处理药剂的研究目的和意义　随着现代社会的发展和进步，世界人口的增长，水污染等问题的出现，使得水资源的缺乏越来越显著。然而目前，我国的节水水平还很低，可挖掘的潜力是很大的[1]。现在80%的用水来自工业用水，所以为了节约用水、合理用水，水处理药剂及其应用方法是重要的环境保护材料和方法。而在工业生产中为了更合理的利用水资源，大都是采用的循环水

2、冷却法(占到总工业用水的70%)[2]，冷却水在长期的循环中，盐类物质会随着水分的蒸发而浓缩，导致结垢、腐蚀、微生物滋生等问题，影响循环水系统的正常运行，减少设备的使用寿命。添加阻垢剂是防止循环冷却水结垢的最重要方法之一，用量少、阻垢效果好，同时还能抑制腐蚀的作用因此它广泛应用于水处理中[3]。但是许多缓蚀、阻垢剂单一使用效果比较有限，不能而对工业循环水中比较恶劣的水质产生好的效果，所以复配药剂的使用就变得尤为重要，再根据系统情况设定方案，投加专用的缓蚀阻垢剂。水垢的形成主要有两种，一种是水受热后从中沉淀出的化

3、合物和杂质的混合物；另外一种是由水中难容或微溶的无机盐组成，附着在结垢材料容器表面，降低其热交换能力和反映效率的物质。水垢通常产生于容器或者管道表面。水垢的导热性很差，会导致受热面传热情况恶化，从而浪费燃料或电力。其次，水垢在管道或者热水器中胶结的量大的时候还会因为热胀冷缩和受力不均极大的增加热水器和锅炉爆炸甚至爆炸的危险性。水处理药剂是应用于水处理，包括水与废水的各类水处理剂，主要有混凝剂、缓蚀剂、杀菌剂和清洗剂等。自开发阻垢剂以来，其发展经历了无机盐、聚合电解质、天然高分子、有机膦酸、聚羧酸类共聚物等阶段，

4、正趋于结构复杂化。逐渐向高效、多功能、复合化、低毒化方向发展。1.2阻垢剂的定义和分类阻垢剂(scaleinhibitor)是指具有能分散水中的难溶性无机盐、阻止或干扰难溶性无机盐在金属表面的沉淀、结垢功能,并维持金属设备有良好的传热效果的一类药剂阻垢剂的分类[3](1)聚磷酸盐8聚膦酸盐是使用得比较早的阻垢剂，在20世纪40年代，据膦酸盐开始用于水处理领域，但当时主要是缓蚀，其次才是阻垢。常用的据膦酸盐包括三聚磷酸钠（STPP）和六偏磷酸钠(SHMP),其功能团为磷酸基，有较好的阻垢缓蚀效果，但其含磷高、易水

5、解，用量大，排入水体后易造成水体富营养化。(2)有机膦酸有机膦酸盐是在60年代后期才开发的，由于这些分子中都含有与碳原子直接相连的膦酸集团，它比聚磷酸盐磷酸基团的化学稳定性好，耐高温，不易水解，阻垢性能也好。(3)　膦羧酸膦羧酸分子中同时含有磷酸基和羧基两种基团。目前在实际使用中,使用较多的是PBTCA。它的化学名称为2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸。与有机膦酸相比,PBTCA不易形成难溶的有机磷酸钙。同时,还有缓蚀作用,特别是在高剂量使用时,还是一种高效缓蚀剂。(4)　有机磷酸酯有机磷酸酯抑制硫酸钙垢的效果

6、较好,但抑制碳酸钙垢的效果较差,它虽比聚磷酸盐难水解,但比有机膦酸易水解生成正磷酸。(5)　聚羧酸聚羧酸作为阻垢剂,使用较多的是丙烯酸的均聚物和共聚物,以及马来酸为主的均聚物和共聚物,常用的聚羧酸有聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、丙烯酸与丙烯酸羟丙酯共聚物、丙烯酸与丙烯酸酯的共聚物、水解聚马来酸酐、马来酸酐2丙烯酸共聚物、苯乙烯磺酸2马来酸(酐)共聚物。研究者把一些官能团引入到聚羧酸盐中，如将磺酸集团引入，对磷酸钙垢有很好的抑制能力，且有效地分散氧化铁，稳定锌离子和有机膦酸，药效持久，不易于金属生成沉淀等优点[5]（6

7、）新型阻垢剂开发　随着人类环保意识的日益增强，对阻垢剂的环保要求也日渐提高。目前，含磷、难生物降解的阻垢剂受到限制，西欧、美国和日本等国[6]。今年来为内外出现的新型阻垢剂，主要有聚环氧琥珀酸和聚天冬氨酸两大类，因其具有优良的可降解性和较高的阻垢性能，被认为是一类真正的绿色阻垢剂。1.3阻垢机理8阻垢剂的分子结构中都有多个或多种官能团，在水体系中可能表现出螯合、吸附和分散作用，能够发挥水处理药剂的“一剂多效”的功能，即一种药剂同时具备阻垢、阻垢、缓蚀、絮凝、杀菌、分散等性能的中的两种或者两种以上的性能或体现出不

8、能的效应。对阻垢效应起关键作用的是有机阻垢剂分子中带负电的功能基团，这些负电基团于难容钙盐中带正电的钙离子相互可能产生比较强的库仑静电势作用。如果功能基团的空间间距同晶面相关离子间接近的话，因静电吸引会产生极强的吸附行为，会阻止钙离子与碳酸根离子的进一步沉积，从而抑制碳酸钙晶体的成长[7]。阻垢机理的假设有很多，但它们还不能完全解释阻垢剂的一些性质和现象，目前流行的机理有以下几种。(1