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缓蚀阻垢剂慢慢向多元共聚物的方向发展

时间:2019-03-31 12:25   tags: 公司新闻  

缓蚀阻垢剂






 
        水处理缓蚀阻垢剂从问世发展到现在,药剂配方经历了无机盐类、有机膦酸盐类以及聚合物类等。聚合物类药剂由于它对磷酸钙垢具有独特高效的抑制能力而进入水处理药剂或配方的行列。据目前的研究和应用表明,不但出现了能抑制碳酸钙垢、硫酸钙垢、磷酸钙垢的共聚物,同时也出现了抑制锌垢、铁垢和其它污垢的共聚物。
 
1共聚物类阻垢分散剂
        共聚物类阻垢分散剂是20世纪80年代发展起来的一类水处理药剂。共聚物中的羧基是阻碳酸钙垢、硫酸钙垢的主要官能团,而羟基、酰胺基等有利于阻磷酸钙垢,特别是磺酸基对磷酸钙垢有良好的抑制能力,能有效地分散金属氧化物、稳定锌和有机磷酸。因此人们可利用具有不同官能团的单体或它们的不同构成比,共聚成具有特殊水处理功能的共聚物,从而陆续开发出了一系列带多种官能团的二元、三元甚至四元共聚物。
 
1.1羧酸类共聚物
        羧酸类聚合物阻垢剂是由丙烯酸(AA)、马来酸或马来酸酐(MA)通过均聚或与其它单体共聚形成的一类水溶性高分子物质,主要有聚丙烯酸及其钠盐(PAA)、聚甲基丙烯酸(PMAA)、水解马来酸(HPMA)、马来酸—丙烯酸共聚物(MA-AA)等。
        此类阻垢分散剂起作用的是聚合物中的COOH基团,它对Ba2+、Ca2+、Mg2+、Fe3+、Cu2+等离子具有较强的螯合能力,不仅有分散和凝聚作用,还能在无机结晶过程中干扰晶格的正常排列,从而达到阻垢和防垢的目的。20世纪80年代,国内就有工业品投放市场,并在工业生产中得到广泛应用。目前研究的重点是通过改变单体或引发剂来合成新的共聚物以提高产品的综合性能。
 
1.2磺酸类共聚物
        磺酸类共聚物的研发,始于20世纪80年代。由于磺酸类共聚物可有效地防止由于均聚物与水中离子反应产生难溶性聚合物钙凝胶,特别对磷酸钙垢有较好的抑制作用,能有效地分散颗粒物,稳定金属离子和有机膦酸,尤其对铁垢有好的阻垢分散作用。另外,由于磺酸基团对盐不敏感,具有良好的抗温、抗盐能力,尤其是抗高价金属离子的能力强,故在国内外掀起了研究开发的热潮。常用的磺酸单体主要有苯乙烯磺酸、2-羟基-3-烯丙氧基磺酸(HAPS)和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(简称AMPS),其中的AMPS因为具有价格适中,对温度、水解和二价阳离子的作用稳定等特点,是目前使用最多的一种磺酸单体,以其作为共聚单体合成的磺酸共聚物格外引人注目。今后应加强这类阻垢剂与其它水处理剂的复合研究,充分发挥药剂的协同效应,以期达到更好的效果。
 
1.3含磷水溶性聚合物
        含磷水溶性聚合物的研究始于20世纪70年代,是由无机单体次磷酸(在聚合时也起引发剂的作用)与其它有机单体共聚而成。其特点是将羧基与膦酰基结合在同一个分子上。由于其分子上同时含有PO(OH)基团和COOH基团,且以C P键方式连接,使化合物稳定性明显提高,对成垢离子螯合能力有所增强,因而具有较好的阻垢和缓蚀能力。
        按照膦酰基所处的位置可将含磷聚合物分为两类:一类是磷酸亚基聚羧酸、膦酰基聚羧酸或聚膦酰基羧酸(PCA)化合物,其特点是膦酰基处于聚合物中间,这类聚合物主要对抑制碳酸钙垢有效,复配后对抑制碳酸钙、磷酸钙、硫酸钙等垢以及分散黏泥和氧化铁有协同效果;另一类是被称之为膦酰基羧酸聚合物(POCA),其特点是膦酰基在聚合物的一端,在冷却水中它既能阻垢又能缓蚀,有很高的钙容忍度,抗氯离子侵蚀性好。POCA阻碳酸钙垢的效果与PBTCA相当,阻磷酸钙垢、稳定锌离子和抑制金属离子的能力与磺酸三元共聚物相当。另外, POCA缓蚀效果仅次于HPA,好于BTCA和磺酸三元共聚物,被认为是一种多功能水处理剂。加上该类聚合物本身的磷含量一般低于3%,如果其用量为5 mg/ L,则整个循环冷却水体系中的含磷量仅为0. 15 mg/L,这样低的磷系配方对保护环境十分有利。所以,该类聚合物阻垢分散剂是目前国内研究开发的重点产品之一,产品主要是以丙烯酸、马来酸、丙烯酰胺、AMPS、丙烯酸羟丙酯单体中的一种或几种与次磷酸共聚而成。与其他共聚物阻垢剂相比,其特点是价格低,效果好,集缓蚀、阻垢于一身。今后的研究方向应该以降低聚合物自身磷含量和降低用量为主要方向,使水处理中低磷排放或无磷排放成为可能。
 
2新型的绿色阻垢剂
        绿色阻垢剂是随着绿色化学兴起而开发出的一类新型水处理药剂。近几年来国内外出现的新型绿色阻垢剂主要有聚天冬氨酸和聚环氧琥珀酸两大类,因其具有优良的生物可降解性和较高的阻垢性能,被公认为是一种真正的绿色阻垢剂,已经成为开发研究的热点。
 
2.1聚天冬氨酸阻垢剂
        聚天冬氨酸(PASP)是近年来受海洋动物代谢启发而研制开发的一种生物高分子,其分子中不含磷,无毒,不破坏生态环境,利用后的聚天冬氨酸可高效、稳定地被微生物、真菌降解为对环境无害的终产物;因此具有良好的生物可降解性,其优异的阻垢分散性能特别适用于抑制冷却水、锅炉水及反渗透膜处理中的碳酸钙、磷酸钙垢。其耐高温及良好的热稳定性可用于高温水系统的水处理剂,因此是目前公认的绿色阻垢剂和水处理剂的更新换代产品。研究表明,优化合成条件,通过共聚、改性在PASP主链上增加新的官能团,使PASP具有多官能性,是PASP阻垢剂研究的新趋势。
        相对分子质量在2 000~4 000之间的PASP共聚物具有优异的阻垢性能,在用量为2 mg/L时,对碳酸钙的阻垢率可达99. 8%。该共聚物还可作为纳米材料碳酸钙的分散剂,其最佳用量为碳酸钙质量的2% ~3%。董雪玲等[13]采用MA、氨、柠檬酸为原料,制得具有阻垢性能优异的聚天冬氨酸共聚物。此合成方法简单,原料成本低,可进行工业化生产,具有很好的开发前景。
 
2.2聚环氧琥珀酸阻垢剂
        聚环氧琥珀酸(PESA)是20世纪90年代初首先由美国Betz实验室开发的无磷、无氮、具有生物降解性的绿色水处理剂。其分子中含有羧基和醚基两种官能团,可以与无机磷酸盐、有机膦酸盐、聚丙烯酸类、聚马来酸类等多种阻垢性复配,形成低磷或无磷的性能优异的阻垢剂,兼有缓蚀和阻垢双重功能,应用范围较广。PESA适用于高碱度、高硬度、高温条件下的冷却水处理。
 
3发展建议
 
        ①对于水处理剂的新品种开发而言,总体思路仍是通过膦酰基、胺基、羟基、氨基、磺酸基等不同单体搭配组合,合成更高效、多功能的药剂。
        ②绿色化是21世纪阻垢剂的发展方向。因此,今后的工作应围绕性能、经济、环保三大目标,在进一步完善现有产品、提高质量的基础上,应加强机理研究和复配研究,降低成本,减少污染。
        ③在新产品合成方面,突破现有思路,积极利用绿色化学技术,首先将目标分子绿色化,采用清洁工艺、合成无磷、非氮、无毒、易于生物降解,真正对环境友好的高效阻垢剂,以彻底取代含磷配方。
        ④加强水处理药剂增效机理的基础性研究,加强多功能复合水处理剂的开发,根据不同的水质条件引入不同的功能基团,开发和研制针对性强、高效及成本低廉的符合环保要求的水处理药剂。
        ⑤药剂的分析、监测等配套技术也是水处理技术水平的重要标志,因此应进一步更新现有药剂的分析技术和设备,以满足水处理技术发展的需要。