一 背景
? ? ? ?在工業生產中,循環冷卻水的用量巨大,工業使用的冷卻水系統在長期循環使用過程中,隨著冷卻水濃縮倍數的增加,無機離子、菌類等開始富集,將不可避免的產生水垢、銹垢以及腐蝕,使熱效率成數量級下降,導致浪費大量能源,大大降低整個系統的使用壽命,造成很多不必要的損失,因此對工業循環水進行水處理變得十分重要,在工業循環水處理過程中,大多采用加投化學藥劑的方法控制結垢和腐蝕,能夠防止水垢和污垢產生或抑制其沉積生長的化學藥劑一般都將成為阻垢劑。
二 定義
? ? ? ?阻垢劑是具有能分散水中的難溶性無機鹽、阻止或干擾難溶性無機鹽在金屬表面的沉淀、結垢功能,并維持金屬設備有良好的傳熱效果的一類藥劑。
三 分類
? ? ? ?按阻垢劑的來源分為:天然高分子阻垢劑、合成高分子阻垢劑;按分子的結構來分為:均聚物阻垢劑、共聚物阻垢劑(含磷類、聚羧酸類、磺酸類)。
3.1天然高分子阻垢劑
? ? ? ? 單寧是一類含有很多酚羥基而聚合度不同的物質,能與Ca2+、Mg2+等形成溶解度較大的螯合物,對CaCO3和CaSO4都有較好的穩定作用。淀粉和纖維素都屬于碳水化合物中的多聚糖類高分子化合物,由于分子中含有大量的羥基,對Ca2+、Mg2+等有抑制作用。木質素是一種芳香型化合物,能與金屬離子形成木質素的螯合物,從而抑制結垢。殼聚糖對CaCO3晶核和晶體的活性點具有特殊的吸附能力,會引起晶體變形而無法正常生長。腐植酸鈉是復雜的高分子羧酸鹽混合物,可抑制CaCO3晶體的生長。
3.2合成高分子阻垢劑
? ? ? 合成高分子阻垢劑具有許多優點,如阻垢效果好、熱穩定性高、用量少、結構預設等,目前發展較快,它經歷了從均聚到二元、三元和多元共聚的發展歷程。
3.2.1羧酸類聚合物阻垢分散劑
? ? ? ?羧酸類聚合物阻垢劑是丙烯酸(AA)、馬來酸或馬來酸酐(MA),在引發劑作用下,通過均聚或與其他單體共聚形成的一類水溶性高分子化合物。該類阻垢劑中的羧基官能團對Ca2+、Mg2+、Fe3+等離子具有較強的螯合能力,不僅有分散、凝聚作用,還能在無機垢結晶過程中干擾晶格的正常排列,從而起到阻垢作用。
3.2.2含磺酸基團共聚物阻垢劑
? ? ? ?含磺酸基團共聚物阻垢劑是國外二十世紀80年代開發的一種優良的水處理劑。因磺酸基團屬于親水性基團,酸性較羧酸強,將其引入共聚物,可以有效地防止由于弱親水性共聚物與水中離子反應,生成難溶性物質鈣凝膠,特別是對Ca3(PO4)2垢有較好的抑制作用,能有效地分散顆粒物、穩定金屬離子。
3.2.3無機含磷聚合物阻垢劑
? ? ? ? 在冷卻水處理中,最常用的無機含磷聚合物阻垢劑是三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉。微量聚磷酸鹽加入水中,能破壞CaCO3等晶體的正常生長,從而阻止了CaCO3水垢的形成,但由于它水解生成的正磷酸鹽易與水中的鈣離子生成Ca3(PO4)2水垢,同時又促進系統中菌藻的繁殖,因此,單純用聚磷酸鹽作阻垢劑在冷卻水處理中已逐漸被淘汰,取而代之的是復合磷酸鹽、有機膦酸和其它低磷或無磷藥劑配方。
3.2.4含磷羧酸聚合物阻垢劑
? ? ? ? 含磷羧酸聚合物阻垢劑是由無機單體次磷酸與有機單體如丙烯酸(AA)、馬來酸(MA)、含磺酸基單體等共聚而成的聚合物。含磷羧酸聚合物分為兩類: (1)膦酸亞基聚羧酸、膦基聚羧酸或聚膦基羧酸(PCA); (2)膦酰基羧酸(POCA)。
3.3均聚物阻垢分散劑
? ? ? ? 阻垢劑發展到二十世紀90年代,隨著人類環保意識的提高,環保法規進一步嚴格,許多國家開始限制有毒、有害物質及磷的排放,無毒、低磷或無磷配方、可生物降解的綠色阻垢分散劑成為水處理劑研制的主題。目前國內外研究最多的產品主要聚天冬氨酸(PASP)和聚環氧琥珀酸(PESA)。
3.3.1聚天冬氨酸阻垢劑
? ? ? ? ?聚天冬氨酸是聚氨基酸中的一類,它主要包括聚天冬氨酸及其鈉鹽和酯。聚天冬氨酸具有良好的阻垢分散性能,在添加量為5. 0mg#L-1的情況下,其CaCO3阻垢率已經接近100%,同時在較高硬度或堿度的水質中仍有較好的阻垢效果。由于聚天冬氨酸的分子結構中同時具有酰胺鍵和羧基鍵,所以集中性型和陰離子型阻垢劑于一身,可通過凝聚分散、晶格畸變、及絡合增溶等三種方式發揮阻垢作用。
3.3.2聚環氧琥珀酸阻垢劑?
? ? ? ? 聚環氧琥珀酸(PE-SA)是一種無磷、無氮且生物降解性能良好的綠色阻垢緩蝕劑PESA具有用量少、阻垢性能優異及適用范圍廣等優點。在高堿高固溶物水中,其阻垢率很高,明顯優于ATMP和HEDP等阻垢劑。PESA具有一定的緩蝕性能和較好的協同作用,與其他藥劑復配可以形成性能較好的低磷或無磷緩蝕阻垢劑,因而具有十分廣闊的應用前景。
3.3.3S-羧乙基硫代琥珀酸
? ? ? ? S-羧乙基硫代琥珀酸(CETSA)是近年來為了滿足環保的要求而出現的一種新型緩蝕阻垢劑。S-羧乙基硫代琥珀酸主要由B-巰基丙酸與馬來酸酐進行加成反應得到。由于分子結構特殊, S-羧乙基硫代琥珀酸具有水溶性、生物降解性,在寬pH值范圍內具有緩蝕和阻垢性能。
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