绿色水处理阻垢剂的研究进展..docVIP

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，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，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。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40 mg/g 增加到146 mg/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pH9.8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,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