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澳门百家补第三张牌规则表无磷缓蚀阻垢剂现状

发布日期:2020-07-29 04:56

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  经过多年的发展, 我国水处理设备正逐渐走向成熟。 我国在水处理设备领域 中的技术规范、标准、设计已逐步达到程序化与规范化。澳门百家补第三张牌规则表目前我国的水处理设备 与国外的差距大于水工艺与国外的差距。 要提高我国水处理的水平, 关键是要提 高水处理的装备水平, 特别是要提高水处理专用机械设备的水平, 这是我国水 处理设备发展应努力的方向。 目前国内无磷缓蚀阻垢剂现状评述 工业循环冷却水系统在运行过程中,由于原水水质、水温升高、浓缩倍数的提 高等,造成系统的结垢、积污等问题,影响了系统的正常运行。水垢的控制技术有 很多, 如采用低硬度的补充水和加大排污量以及添加阻垢剂和物理阻垢。使用阻 垢分散剂是其中最方便最常用的方法。 添加阻垢剂可以把循环冷却水中至垢离子 浓度维持在较高的浓度,但抑制水垢的生成,从而提高浓缩倍数,降低补水量和 排污量,减少对水资源消耗和污染,有很好的经济和环保效益。绝大多数阻垢剂 都有阻垢和缓蚀的双重作用。 无磷阻垢剂的发展经历了无机聚磷酸盐、聚合电解 质、天然高分子、有机磷酸、聚羧酸共聚物、二元及三元含磷共聚物、二元及三 元不含磷共聚物几个阶段。 世纪 80 年代,随着环境对工业排污的限制和人类环 20 保意识的提高,阻垢剂也正在向无毒无害的无磷、低磷新型高效的环境友好型绿 色阻垢剂的方向发展。 ? 水处理剂的阻垢机理 要认识阻垢机理,需要从两个方面入手,一方面是垢的形成机理,即所谓的 成垢机理;另一方面是阻垢剂如何影响垢的形成,即所谓的阻垢机理。水垢是循 环水中危害最为严重、最常见的结垢之一,水垢又称硬垢或无机垢,是由水中的 微溶性盐类沉积在换热面上而形成的垢层。 碳酸钙垢是冷却水系统中最常见的水 垢之一。 无阻垢剂的冷却水会出现严重的碳酸钙垢,水垢的形成过程可以分为结 晶、聚合和沉积。阻垢剂的阻垢机理比较复杂,随着沉淀过程动力学、成垢预测 模型和各种阻垢技术的大量研究, 使成垢机理的研究和对结垢的控制有了很大的 进展。 一般认为成垢物质和溶液之间存在着动态平衡,阻垢剂能够吸附到成垢物 质上,并影响垢的生长和溶解的动态平衡。阻垢剂的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,目前流行的机理主要有以下几 种: (1) 晶格畸变 碳酸钙微晶成长时按照一定的晶格排列,结晶致密而坚硬。加入阻垢剂后, 阻垢剂吸附在晶体上并掺杂在晶格的点阵中,对无机垢的结晶形成了干扰,使晶 体发生畸变,或使大晶体内部的应力增大,从而使晶体易于破裂,阻碍了垢的生 长。 (2) 络合增溶 络合增溶作用是阻垢剂在水中能够与钙镁离子形成稳定的可溶性鳌合物,将 更多的钙镁离子稳定在水中,从而增大了钙镁盐的溶解度,抑制了垢的沉积。 (3) 凝聚与分散 阴离子型阻垢剂,在水中解离生成的阴离子在与碳酸钙微晶碰撞时,会发生 物理化学吸附现象,使微晶粒的表面形成双电层,使之带负电。因阻垢剂的链状 结构可吸附多个相同电荷的微晶,静电斥力可阻 l 卜微晶相互碰撞,从而避免了 大晶体的形成。在吸附产物碰到其它阻垢剂分子时,将己吸附的晶体转移过去, 出现晶粒均匀分散现象, 从而阻碍了晶粒间和晶粒与金属表面的碰撞,减少了溶 液中的晶核数,将碳酸钙稳定在溶液中。 (4) 再生一解脱膜假说 聚丙烯酸类阻垢剂能在金属传热面上形成一种与无机晶体颗粒共同沉淀的 膜,当这种膜增加到一定厚度后,在传热面上破裂,并带一定大小的垢层离开传 热面。由于这种膜的不断形成和破裂,使垢层的生长受到抑制。澳门百家补第三张牌规则表 (5) 双电层作用机理 认为对有机磷酸盐类阻垢机制是由于阻垢剂在生长晶核附近的扩散边界层 内富集, 形成双电层并阻碍垢离子或分子簇在金属表面凝结。上述的几种机理是 目前人们普遍认同的推测, 对于阻垢剂的阻垢机理还有待于进一步研究。利用扫 描电镜可以观察晶体的成核、生长、聚集和吸附,还可以表征垢的沉淀过程中微 粒大小、 形态、 和频率。 在相同实验条件下, 可以研究不同阻垢剂对晶体的生长、 碳酸钙的成核频率、 生长速率以及微粒形态的影响。利用原子显微镜研究阻垢剂 存在时碳酸钙晶体的生长, 可以看出阻垢剂对生长的抑制作用是由于其有限吸附 进入晶体表面步边缘、坎坷等活性生长点。x 一衍射观测法是研究晶体生长的一 种有效方法。从垢样的 X 一衍射图,通过比较衍射强度、衍射角变化及晶轴等 参数, 可以判断阻垢剂存在前后垢样的细碎程度、 晶体的畸变程度及晶系的变化, 这就从微观上解释了晶体生长的抑制过程。 ? 无磷环保型阻垢剂的种类、特点和研究状况 1.天然高分子阻垢剂 天然高分子阻垢剂是一些天然产物如淀粉、纤维素、单宁、磺化木质素、腐 植酸钠和壳聚糖等,这些天然物质具有可观的阻垢能力,并且由于来源方便、价格 低廉、对环境无污染等特点,曾以广泛应用于冷却水的水质稳定中。淀粉的外形 呈颗粒状,其颗粒可分为两部分,外层 的主要部分是淀粉胶,内部为淀粉糖。淀粉的来源非常广泛,但用来冷却水处理的 一般只有来自马铃薯、玉米等。纤维素是无色纤维状物质,用化学方法测得它的 分子量为 2000—4000,纤维素分子呈直链形。淀粉和纤维素都属于碳水化合物中 的多聚糖类,分子式均为(C6H10O5)X,其糖单体为葡萄糖 C6H12O6。 木质素是一种无 定形的芳香族聚合物,有很强的活性,磺化木质素是由磺化后的结构单元组成,结 构单元上含有酚羟基和羧基。 单宁实际上是指一类含有多酚羟基而聚合度不同的 物质,但是单宁只是一个笼统的名称,代表许多不同的成分的混合体,并包括了一 些单体物质,单宁的分子量一般在 2000 以上。天然阻垢剂广泛应用于水处理中, 但一般用量较大,大约投加浓度为 50-200mg/L 时,才有较明显的阻垢效果,在经济 上不可行,而且天然阻垢剂在高温高压的条件下易分解,易造成系统污染。 近年来,人们对其进行了化学改性与其它聚合物的复配研究,如采用亚硫酸氢 钙法在制浆溶液中(即钙盐红液)加入石灰乳,提纯出了木质素磺酸盐。 该产品可用 作工业循环水的阻垢分散剂,废水的絮凝剂。腐植酸是古代植物残骸,是经过微生 物的分解和转化,以及地球化学的一系列过程造成和累积起来的一类有机物质,广 泛存在于泥炭、褐煤和风化煤中。由于其富含羧基、羟基等有机基团,具有离子 交换、吸附、络合等性质及良好的分散性,且能有效地分散金属氧化物,在金属表 面形成化学性质稳定的保护膜,表现出良好的阻垢性能。腐植酸钠是复杂的高分 子羧酸盐混合物,可抑制碳酸钙晶体的生长发育。樊明明等通过对腐植酸钠 (HA-Na)的阻垢性能研究得出:腐植酸钠对碳酸钙具有良好的阻垢性能。 其阻垢性 能均好于聚丙烯酸;在低加入量(≤15mg/L)时,其阻垢率接近于聚马来酸。因此,腐 植酸钠是一种有较好性能的阻垢剂。 壳聚糖(Chitosan)是甲壳素(Chitin)脱去乙酰基形成的衍生物,它是由(1,4)-2-乙 酰氨基-2-脱氧-β -D-葡萄糖聚合而成,是一种直链型的天然高分子。壳聚糖是当 今自然界中唯一发现的碱性多聚糖类天然高分子,有着非常特殊的性能和用途。 壳聚糖分子中同时含有氨基和羟基,是一种多功能高分子聚合体,经研究表明,壳 聚糖在水处理中可用作吸附剂、絮凝剂、杀菌剂、阻垢剂等等。为了让壳聚糖得 到更多更广泛的应用,研究人员对其进行了改性研究。目前其改性方法主要集中 在以下方面:羧乙基化、羧甲基化、氰乙基化、季铵盐阳离子化等等。对甲壳素、 壳聚糖进行接枝共聚改性反应主要有两条途径:在高分子的骨架上产生大分子自 由基进而引发另一种单体聚合;通过上述高分子分子链上的反应性官能团与其它 的聚合物分子链偶合。 同济大学的王峰等提出了壳聚糖—丙烯酰胺接枝共聚物的 合成方法。 在氮气保护下,以硝酸铈铵作引发剂,控制 m(壳聚糖):m(丙烯铈铵)=4:1, 在 45℃下接枝共聚反应 3.5h,制得一系列新型壳聚糖改性聚合物,经研究表明,该 聚合物比壳聚糖的阻垢性能更佳。 李再兴等将壳聚糖在 50%NaOH 溶液中碱化后, 加入异丙醇、氯乙酸一起反应,调节适合的 pH,用甲醇洗涤,即得羧甲基壳聚糖 (CM-CTS)。海南大学理工学院的庞素娟等用静态阻垢实验方法研究羧甲基壳聚 糖在一定浓度的碳酸根存在条件下对 Ca2+的阻垢性能,表明 CM-CTS 的质量浓度 为 8mg/L 时,其阻垢率已达到 80%。因此羧甲基壳聚糖是一种有开发前途的新型 水处理剂。 2.聚羧酸类阻垢剂 用作阻垢分散剂的聚羧酸型水处理剂是低分子量聚电解质。其阻垢性能与聚 合物的分子量有关。实验证明,分子量在一定范围内的聚羧酸,能有效防止水中的 碳酸钙、硫酸改结垢,防止腐蚀产物沉积,而且对水中的泥土(砂)、粉尘等无定形 不溶性物质起到分散作用,使其呈分散状态悬浮在水中。 (1) 丙烯酸类共聚物 丙烯酸类共聚物是丙烯酸与许多单体共聚而生成的具有不同性能的共聚物。 日本粟田公司介绍了一种丙烯酸的三元共聚物,牌号为 T-225,在分散磷酸钙垢方 面特别有效,他能抑制磷酸钙垢,使这种垢在表面形成薄而均匀保护膜,起到防蚀 的效果。吴雁等以丙烯酸一烯丙基磺酸钠(AA-SAS)为原料,合成了丙烯酸一烯丙 基磺酸钠(AA-SAS)二元共聚水溶性固体阻垢剂,通过研究,发现 AA—SAS 是一种 性能优异的阻垢剂。 (2) 马来酸(酐)类共聚物 聚马来酸又称马米酸酐,水解马来酸酐,它于 1971 年开始用于冷却水,1973 年 又用于海水淡化中。 马来酸酐类共聚物是以马来酸或水解马来酸酐为主要单体的 一类共聚物阻垢剂。其阻垢效果与聚丙烯酸相似,也可以和聚丙烯酸联合使用,如 0.5mg/L 马来酸酐及 1mg/L 的聚丙烯酸在 290-300mg/L 总硬度水中,试验锅炉运行 500h,不加药剂结垢 6.8g,加药剂结垢 0.6g,该阻垢剂无毒无害,可生物降解。 靳通收 等[13]以水为溶剂,30%的过氧化氢为引发剂,硫酸铁铵为催化剂合成了聚水解马 来酸酐。 (3) 马来酸(酐)一丙烯酸(或丙烯酰胺)共聚物阻垢剂 近年来以马来酸酐、丙烯酸和丙烯酰胺为主体的三元或多元共聚物因阻垢效 果好、耐温、价廉等特点而备受关注。华南理工大学的魏然波等以丙烯酸、顺丁 烯二酸酐和丙烯酰胺为原料,过硫酸钾为引发剂,在不同的条件下进行自由基聚合 反应,生成不同分子量的共聚物。该共聚物合成的工艺比较简单,生产成本低,无三 废污染,具有较好的阻垢效果,特别是在 70℃,pH=8 时,阻垢效果最好,因而是高效 合适的阻垢剂。刘明华等也以马来酸酐(MA)、丙烯酸(AA)和丙烯酰胺(AM)为原 料,研制出环保型三元共聚阻垢剂 PMAA,并通过研究其阻垢性能确定了产品的最 佳工艺配方,当聚合物 PMAA 的用量为 5mg/L 时,其对碳酸钙的阻垢率达 94.15%, 对磷酸钙的阻垢率达 80.93%。梁海燕等以马来酸酐(MA)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙 磺酸(AMPS)、过硫酸铵等为原料,合成了一种有较好的阻 CaCO3 和 Ca3(PO4)2 垢能力的共聚物;李国希等以马来酸酐(MA)、 烯丙基磺酸钠(SAS)和丙烯酰胺(AM) 为单体,通过溶液聚合制备了对水系统的磷酸盐、硫酸盐和锌盐具有优异阻垢效 果的水溶性高分子 MA-SAS-AM。李效红等以马来酸酐(MAH)、丙烯酰胺(AM)、 丙烯酸甲酯(MA)为单体,过硫酸铵为引发剂,合成了水溶性三元共聚物马来酸酐 —丙烯酰胺—丙烯酸甲酯,确定了该共聚物最佳聚合条件为:以过硫酸铵为引发 剂、单体交替滴加、单体质量分数为 25%、聚合温度为 85℃、聚合时间为 3~5h。 在此条件下所得共聚物的阻垢率为 96.81%;宋光顺等[20]以过硫酸铵为引发剂,在 水相中合成了以马来酸酐、丙烯酰胺和丙烯酸乙酯为单体的三元共聚物,研究结 果表明,该共聚物具有对钙硬的忍耐度高、 适用范围广等优点,具有广阔的开发 pH 前景。 3.新型绿色阻垢剂 新型阻垢剂主要是绿色环保型阻垢剂。随着人们环保意识的增强,在 1995 年 提出了一系列新词语,比如“绿色化学”“环境友好”等,绿色化学一般要实现以 、 下目标:降低排放或实现废物零排放;发展安全产品和安全工艺;采用生命周期评 价方法;提高采用材料、能源和水的效率,循环或再利用的材料和再生资源。在此 形势下,阻垢剂开始向着无磷、低磷方向发展,聚天冬氮酸和聚环氧琥珀酸是近年 来开发的绿色缓蚀阻垢剂,具有阻垢和缓蚀双重功效。 (1) 聚天冬氨酸 聚天冬氨酸(PASP)是近 10 年来国外研究者开发出的一种新的“绿色环保型” 阻垢剂,它的钠盐为聚天冬氨酸钠,据介绍,它可生物降解、无毒、不破坏生态环境, 能用于冷却水、锅炉用水的处理及脱盐、脱糖回收、反渗透等水处理过程中。这 种阻垢剂在国外应用广泛。聚天冬氨酸(PASP)通常用马来酸酐做原料,通过热缩 聚合而成。Schwamborn 提出了马来酸酐热缩聚合成聚天冬氨酸的三种途径:对 天冬氨酸进行了改性研究;以马来酸为原料,在一定的温度下和氨热聚合制得聚天 冬氨酸酐,水解就得到聚天冬氨酸,对聚天冬氨酸进行 CaCO3 阻垢和分散氧化铁性 能测定,实验表明聚天冬氨酸不仅对碳酸钙具有优异的阻垢性能,并且对氧化铁的 沉积也有一定的抑制作用,是一种优良的水处理剂;以铵盐和马来酸酐为原料,合 成了聚天冬氨酸,通过测定,得出聚天冬氨酸合成反应的最佳条件是:铵盐选择 (NH4)2CO3,马来酸酐与铵盐物质的量比为 1∶1∶2,在 240℃下反应 2h,合成的聚 天冬氨酸具有很好的阻垢性能,是一种低耗量的阻垢剂,在高钙高温下使用也有一 定的阻垢效果,是一种性能优异的阻垢剂。 (2) 聚环氧琥珀酸 20 世纪 90 年代初,聚环氧琥珀酸首先由美国 Betz 实验室开发成功,它是无磷 无氮的“绿色”水处理剂,并在研究中发现 PESA 具有良好的协同作用,可以和其 它多种阻垢剂复配。 我国今年在这方面也有一定的研究。聚环氧琥珀酸及其钠盐 合成方法很多。 天津大学的王亚权等公开了一种聚环氧琥珀酸及其盐的制备方法, 该方法采用顺丁烯二酸酐为原料,制备过程包括顺丁烯二酸酐的溶解、以钨酸钠 为催化剂,在氢氧化钠存在下与过氧化氢进行环氧化合成环氧琥珀酸钠盐,再加入 氢氧化钙,同时用氢氧化钠调节体系至 pH=10~13 进行聚合合成聚环氧琥珀酸钠 盐,该钠盐经酸化还可以得到聚环氧琥珀酸。该方法的优点在于,得到的产物中钙 离子含量低于 0.3%,该方法制得的产品可以直接用于工业水处理中作为阻垢剂、 分散剂、缓蚀剂等,并且产品无毒无味,能长期稳定保存。尽管聚环氧琥珀酸具有 以上优点,但聚环氧琥珀酸阻磷酸钙垢、锌垢的效果很差。据报道,在共聚物中引 入磺酸基团可改善其对磷酸钙垢、锌垢的抑制能力及对金属离子的稳定,将环氧 琥珀酸钠盐与 2,3-环氧丙磺酸钠共聚得到了聚环氧磺羧酸(PECS)。 胡晓斌等对聚 环氧磺羧酸的聚合条件进行了研究,同时对其阻垢性能进行了评定。实验结果表 明,单体的配比对聚合物的阻垢性能有显著影响,产物对磷酸钙垢的阻垢性能随反 应物中含磺酸基单体的增加而增加,但当反应物中含磺酸基单体过多时,产物对碳 酸钙垢的阻垢能力明显下降。是由于聚合物分子中羧基密度太低,而羧基对酸钙 垢的阻垢作用较好。当两种单体的摩尔比为 1∶1 时,产物的综合阻垢性能较好。 保持两种单体的摩尔比为 1∶1,考察了不同温度得到的产物对磷酸钙垢的阻垢效 应,聚环氧磺羧酸对碳酸钙垢和硫酸钙垢的阻垢性能与聚环氧琥珀酸比较接近,当 其质量浓度为 10mg/L 时,对碳酸钙和硫酸钙的阻垢率分别为 81%和 98%以上;聚 环氧磺羧酸抑制磷酸 钙垢和稳定锌盐的能力与聚环氧琥珀酸相比有显著提 高,20mg/L 的聚环氧磺羧酸对磷酸钙和锌盐的阻垢率分别为 65%和 63%,而相同 质量浓度的聚环氧琥珀酸对磷酸钙和锌盐的阻垢率分别为 13%和 14%。 从 20 世纪 60 年代开始,由于工业的快速发展,对水处理技术也提出了更高的 要求,为了有效地达到阻垢的目的,通过阻垢剂间隔的复配增效技术和结构的分子 设计以及性能的相关性研究,充分掌握各功能团存在于共聚物结构中的实质性作 用,逐步研制和使用了新型的有机阻垢剂。目前合成和新研制的有机阻垢剂都是 合成产物而且几乎完全代替了原来的天然有机化合物。 人们在不断开发新型阻垢 剂的同时,不仅仅要考虑阻垢剂的阻垢性能,而且要充分重视环境保护的要求。从 壳聚糖山发,提出了聚阴/阳离子协同阻垢新模式,并据此成功开发出相应的新型 阻垢剂是一条新思路,阻垢剂要能在工业上大规模的应用,必须注意阻垢剂生产和 使用后的环境生态问题。 只有那些无污染或能很快被生物降解、价格又很低廉的 高效的绿色阻垢剂,才是人们欢迎的真正新型阻垢剂。适合环保要求的无磷、非 氮和可生物降解的环境友好型阻垢剂将成为工业水处理领域最主流的方向。

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