绿色化学与阻垢缓蚀剂
绿色缓蚀阻垢剂的研究及应用进展
绿色缓蚀阻垢剂的研究及应用进展作者：张帆杨晓拂李芳芳来源：《中国化工贸易·下旬刊》2020年第03期摘要：循环水处理过程中磷系药剂的使用会导致水体富营养化，聚羧酸无磷聚合物自身难以降解且不环保，所以难以被广泛应用。
结合当前水污染排放标准，加强无磷非氮开发，有利于促进水污染治理工作开展。
基于此，文章就生物降解物质在缓释阻垢性物质方面的研究展开分析，并对其未来发展进行了探析，希望能促进绿色阻垢缓蚀剂向前发展。
关键词：缓蚀阻垢剂;绿色;研究;应用在工业生产不断发展的当下，水资源短缺与污染等问题逐渐引起人们重视。
工业用水系统当中，污垢身为其中的主要危害。
国内关于水处理阻垢剂方面研究起源自上世纪70年代，在这些年的发展中，逐渐朝着天然聚合物及含磷聚合物等阻垢剂方向发展。
传统聚合物费用与用药量较大;含磷阻垢剂难以全面抑制锌垢及磷酸钙等方面问题，再加上自身可以产生有机磷酸，所以环保部门对其使用提出了限制。
在这一背景下，新型绿色阻垢剂逐渐成为人们研究的主要内容。
1 绿色阻垢缓蚀剂应用研究随着人们环保意识的提升，对阻垢缓蚀剂在环境中的危害作用、水体富营养化及缓蚀成效等方面给出了新要求，当前聚天冬氨酸与环氧琥珀酸等生物绿色阻垢缓蚀剂研究逐渐成为人们关注的重点。
1.1 聚天冬氨酸（PASP）聚天冬氨酸作为这几年来研发的一种新型阻垢剂，这种阻垢剂因其自身的环保性，因而逐渐成为全球研究的重点。
自上世纪90年代，美国公司开始研究PASP，这一物质由最初的原料选择、制备一直到后续产品生产等阶段，都不会对环境造成破坏，且生物可降解性较好，在试验测定中，这一物质降解性能和葡萄糖十分相似。
其中崔科等研究人员对PASA的生物降解性展开相关研究，实验表明，随着接种量的不同，PASA的降解速率也各不相同。
另外，陶虎春等人員同过大量实验证明，PASA可以作为环境友好型物质。
PASA分子结构当中含有羧基与酰胺键，且具备阴离子型与中性型阻垢剂特征。
无磷型阻垢缓蚀剂
KY-100W 无磷型阻垢缓蚀剂
性能：本品为新型无磷‘绿色’环保型阻垢缓蚀剂，对水中的成垢因子具有晶格畸变作用，使垢不易牢固地吸咐在器壁上。
本品具有耐高温、阻垢率高、不易分解、适用水质范围广、不需调节pH值、使用管理方便等多种优点。
由于本品为无磷药剂，杜绝了菌类营养的外在供给，有效扼制了菌类的快速繁殖。
本品为全有机配方，生物降解好，降低了循环水系统排污造成的环境污染。
用途：本品主要作为各行业循环冷却水的阻垢缓蚀剂。
质量标准：
(注：本质量标准为参考值。
各厂药剂需根据水质标准经试验后配制。
)
使用方法：本品宜采用连续投加的方式，投加前需作水质全分析。
初次加药按60ppm计算，日常加药按系统补水量计，投加浓
度为本药剂10～40ppm。
包装：25㎏深色聚乙烯塑料桶。
储存：贮存于室内，密闭保存，防止暴晒，存放期1年。
注意事项：本品为酸性，无毒。
本品为化学制剂，请勿饮用，若接触皮肤请用水冲洗干净，避免有过敏反应。
绿色阻垢剂研究进展
2013年3月李茜等．绿色阻垢剂研究进展47绿色阻垢剂研究进展李茜1，马喜平1，王成龙1，黄文佼2(1．西南石油大学化学化工学院，成都610500；2．中国石油工程设计有限公司新疆设计院，克拉玛依834000)[摘要】对常见的阻垢剂和绿色阻垢剂进行了综述，着重对聚天冬氨酸(PSA P)和聚环氧琥珀酸(PE SA)等新型绿色阻垢剂的研究现状进行了总结。
[关键词]绿色化学绿色阻垢剂聚天冬氨酸聚环氧琥珀酸绿色化学又称环境友好化学、环境无害化学、清洁化学¨j，其核心是利用化学技术与方法从根本上减少甚至消灭那些对人类健康或环境有害的原料、产物、副产物、试剂和溶剂等的产生和应用。
工业循环冷却系统及各种管道中，结垢会降低传热效率，阻塞管道，引发垢下腐蚀。
目前，国内外普遍采用阻垢剂，以延缓污垢的产生。
随着社会的发展，人们的环保意识也逐渐提高，所以阻垢剂向无毒无害无磷、低磷新型高效及生物降解性好的环境友好型的绿色阻垢剂的方向发展∽J。
1常见的阻垢剂1．1有机膦酸类阻垢剂有机膦酸类的阻垢剂的化学稳定性好，耐高温，不易水解，可以和金属离子配合形成立体大分子环状配合物，分散在水中破坏钙垢晶体的生长，从而起到阻垢的作用。
但是，含磷化合物易滋养菌藻，使环境水体富氧化，造成水体污染。
常见的几种典型的有机膦酸类阻垢剂有：(1)氨基三甲叉膦酸(A T M P)，分子式为N(C H：PO，H：)。
；(2)羟基乙叉二磷酸(H ED P)，分子式为c：H。
O，P：；(3)乙二胺四甲叉膦酸(ED TM PA)，分子式为c6H加012N：P4；(4)2，4一三羧酸一2一膦酸基丁烷(PB T C A)，分子式为C，H。
，O，P。
它们的主要性能特征如表1所示p1。
表1几种有机膦酸阻垢剂的性能特征名称性能特征A T M PH E D PE D T M PAPB T C A有机膦酸酯阻碳酸钙、硫酸钙良好，缓蚀阻碳酸钙垢良好，缓蚀阻碳酸钙、硫酸钙垢良好，缓蚀阻碳酸钙和磷酸钙垢良好阻硫酸钙垢较好，抑制碳酸钙垢较差1．2聚羧酸类阻垢剂聚羧酸类阻垢剂中起主要作用的是聚合物中的一C O O一基团，对M92+，ca2+，cu2+，Fe3+等离子具有较强的螯合能力，不仅有凝聚和分散的作用，还能在无机垢结晶过程中干扰晶格的正常排列，从而达到防垢和阻垢的作用。
绿色化学习题及参考答案
一、判断题1．化学是一门试图了解物质性质和物质发生反应的科学。
（∨×）2．化学的历史可追溯到有历史记载以前的时期。
（）3．世界上的万物都是由化学物质构成的。
（）4．氦(He)是单原子分子。
（）5．地球上没有“与化学物质无关”的物质。
（）6．天然物质对人类总是有益的。
（）7．天然物中没有任何化学物质。
（）8．化学家也在为化学工业之外的许多领域进行工作。
（）9．相同分子式的化合物具有相同的结构。
（）10．“反应停”的教训告诉公众：缺乏对化学的深入了解，可能会导致严重灾乱。
（）11．利用催化剂可以加快反应。
（）12．用箭头表示的化学方程式一定不可以用于计算。
（）13、CH4是比CO2更危险的温室气体。
（）14、天然气水合物即“可燃冰”，其可能是未来的清洁能源。
（）15．N0是有害的。
（）16．E因子越大，原子经济性越好。
（）17．原子利用率越大，E因子越小。
（）18．更为精确地评价一种合成方法相对于环境的好坏，应用EQ衡量。
（）19．绿色化学最根本的特征是零排放。
（）20．电合成基本上可以说是无公害的绿色化学工艺。
（）21．无溶剂的固相合成符合绿色化学的潮流。
（）22．水为溶剂的合成法，是符合绿色化学的。
（）23.Diels-Alder反应是合成六元环类化合物的重要反应，该反应的原子利用率为100%。
（）24．水相下的Diels-Alder反应是绿色化学中反应溶剂(或实验手段)的绿色化。
（）25．超临界流体合成法，是符合绿色化学的。
（）26. H2O2的乙基葸醌法循环生产，是典型的零排放例子。
（）27．在线检测就是保护，是绿色化学的体现之一。
（）28．溶剂涂料都不可能是绿色涂料。
（）29．溶剂涂料中的溶剂用量大大减少，甚至趋零化，也可以实现绿色涂料的开发。
（）30．我国海洋涂料研究居于世界领先水平。
（）31．水性涂料以水为分散介质，具有不燃、无毒、不污染环境和节省资源等优点。
（）32．无铅汽油的开发，是绿色化学产物绿色化的体现。
聚环氧琥珀酸盐——现代绿色阻垢缓蚀剂
聚环氧琥珀酸盐——现代绿色阻垢缓蚀剂随着工业的高度发展，全球性的环境污染和生态破坏日益严重，保护人类生存环境已刻不容缓。
随之，社会的可持续发展及其所涉及的生态、环境、资源、经济等方面的问题越来越成为国际社会关注的焦点，并被提到发展战略的高度。
1992年巴西里约热内卢召开的联合国环境与发展大会上通过的“21世纪议程”，要求各国制定和组织实施可持续发展战略、计划和政策，迎接人类社会面临的共同挑战。
尤其是近些年来，更为严厉的保护环境的法规不断出台，促使人们尤其是化工界把注意力集中到从本源上杜绝或减少废弃物的产生即原始污染的预防，而并非污染后的治理。
因此，随着绿色化学革命的兴起，可生物降解性已成为水处理剂的最重要的评价指标，水处理剂正面临着更新换代的严峻挑战。
在此历史背景条件下，作为专用化学品的水处理剂发展的总体思路是，从根本上消灭污染源，使得废物或污染物不再产生，不再有废物或污染物的处理问题。
因此，绿色水处理剂的基本要求是无磷、非氮、可生物降解。
聚环氧琥珀酸盐正是在这一历史背景下研发出来的绿色阻垢剂。
聚环氧琥珀酸系列阻垢剂目前主要生产国为美国与日本，由于进口价格过高，我国一些科研院所开展了大量研究，然而均处于实验研究阶段。
长安大学针对长庆石油注水开发中存在严重的结垢问题，尤其是钡锶结垢问题一直无法解决这一现实，经过4年多努力，不仅在实验室条件下合成了聚环氧琥珀酸盐，而且工业化中试试验也取得了圆满成功。
聚环氧琥珀酸盐具有以下基本性能特点：1、聚环氧琥珀酸盐的基本分子式为HO(C4H2O5M2)nH，因此，它无磷无氮，不会使水体发生富营养化；2、无毒副作用，生物降解性好。
是目前国际公认的环保型换代产品；3、聚环氧琥珀酸盐是一种具有优异阻垢性能的水溶性聚合物。
在不同成垢离子浓度、不同温度、不同压力的条件下，它对Ca2+、Mg2+、Fe2+等尤其是Ba2+、Sr2+成垢金属离子有很好的络合能力，能有效地防止这些离子与成垢阴离子结合生成水垢；4、具有很好的协同作用，可同多种水稳剂复配。
有机阻垢缓蚀剂作用机理的理论研究
有机阻垢缓蚀剂作用机理的理论研究一、内容综述随着科学技术的不断发展，有机阻垢缓蚀剂在工业生产和日常生活中的应用越来越广泛。
本文将对有机阻垢缓蚀剂的作用机理进行理论研究，以期为实际应用提供理论依据。
有机阻垢缓蚀剂是指通过化学方法合成的具有阻垢、缓蚀和清洗功能的高分子化合物。
根据其结构特点和作用方式，有机阻垢缓蚀剂可分为离子交换型、吸附型、络合型和生物降解型等。
其中离子交换型有机阻垢缓蚀剂主要通过与水中钙、镁等离子形成稳定的络合物来实现阻垢和缓蚀；吸附型有机阻垢缓蚀剂则是通过吸附水中的碳酸盐、硫酸盐等物质来达到阻垢效果；络合型有机阻垢缓蚀剂则是通过与水中的金属离子形成络合物来实现缓蚀；生物降解型有机阻垢缓蚀剂则是利用微生物降解产物来抑制水中的腐蚀过程。
离子交换型有机阻垢缓蚀剂主要是通过与水中的钙、镁等离子形成稳定的络合物来实现阻垢和缓蚀。
这些络合物的形成过程通常涉及两个步骤：第一步是有机分子中的活性基团与水分子发生亲核取代反应，生成一个不稳定中间体；第二步是中间体经过一系列的成键、脱键反应，最终与水分子形成稳定的络合物。
在这个过程中，有机分子中的亲核试剂起到了关键作用，它们能够有效地降低反应活化能，促进反应速率的提高。
吸附型有机阻垢缓蚀剂主要是通过吸附水中的碳酸盐、硫酸盐等物质来达到阻垢效果。
这些吸附过程通常涉及两个步骤：第一步是有机分子中的活性基团与水中的阳离子或阴离子发生静电相互作用；第二步是吸附质在有机分子表面形成稳定的共价键或离子键。
在这个过程中，有机分子的结构性质(如极性、孔径大小等)对吸附效果具有重要影响，不同的有机分子可以通过调节其结构性质来实现不同程度的阻垢效果。
络合型有机阻垢缓蚀剂主要是通过与水中的金属离子形成络合物来实现缓蚀。
这些络合物的形成过程通常涉及两个步骤：第一步是有机分子中的活性基团与金属离子发生配位反应，生成一个不稳定中间体；第二步是中间体经过一系列的成键、脱键反应，最终与金属离子形成稳定的络合物。
绿色缓蚀阻垢剂的研究及应用进展
Progress in the research and application of green corrosion and scale inhibitors
Hu Baishun1，Guo Xuehui1，Wang Kang1，Ma Jun2，Bai Li3，Yu Haitang4 （1. Chemical and Engineering Institute of Xi’an Shiyou University，Xi’an 710065，China； 2. Datang International Keshiketeng Coal Gas Liability Co.，Ltd.，Chifeng 025350，China；
ech337a主要成分为聚环氧琥珀酸pesa葡萄糖酸钠苯甲酸钠武汉石油化工厂设备监测防护中心研制的绿色环保水处理药剂zh800ws月在武汉石油化工厂第三循环水场取得工业应用的成功为企业带来了很好的经济效益和环保效益29zh800ws以wlh2无磷缓蚀剂丙烯酸2甲基2丙烯酰胺基丙磺酸共聚物水解聚马来酸酐荧光示踪剂等主剂和其他添加剂按一定比例复配而成wlh2主要组分为羧酸酰胺磺基甜菜碱两型表面活性剂30以水溶性季铵盐水解聚马来酸酐聚环氧琥珀酸钠聚天冬氨酸为原料复配了一种新型缓蚀阻垢剂bw3用陕北某采油联合站采出水进行缓蚀阻垢性能评价结果表明bw3具有优异的阻垢性能和良好的缓蚀效果在所测浓度范围内bw3的阻垢和缓蚀效果均明显优于油田常用缓蚀阻垢剂适于生产应用需要绿色缓蚀阻垢剂的发展展望为适应社会可持续发展的要求水处理用缓蚀阻垢剂的研发朝着高效低磷非氮和可生物降解的绿色化方向发展将成为主要趋势绿色缓蚀阻垢剂首先要在生产的环节上绿色在生产过程中尽可能减少对人体健康或环境有害的原料溶剂试剂等的使用以及避免对有害产物副产物或不环保的化学生产工艺和方法的利用从源头上彻底控制污染适应绿色化发展的思路第一在分子结构设计上应该考虑易降解活性强的官能团或者元素如羧基氨基酯基支链和选择性插入含氮氧元素等第二选择天然产物如聚天冬氨酸聚环氧琥珀酸等为原料合成改性过程中尽量减少副产物的污染或者分离排放问题以达到原料利用率最大化的目的第三改进生产工艺重视生产过程对环境的影响在方案设计和技术改进过程中开发和采用清洁生产工艺流程其次在使用过程中绿色化加强对新型高效环境友好型缓蚀阻垢剂的现场使用经验总结及推广使用以对现有含磷类铬酸盐亚硝酸盐等缓蚀剂进行绿色化替代
阻垢缓蚀剂
阻垢缓蚀剂是由有机膦、优良共聚物及铜缓蚀剂等组成，对碳钢、铜及铜合金都具有优良缓蚀性能，对碳酸钙、磷酸钙有卓越的阻垢分散性能。
本品主要用于敞开式循环冷却水处理系统，对含铜设备的系统特别适合。
本品可用于高pH、高碱度、高硬度的水质，是目前较理想的不调pH碱性运行的水处理剂之一。
目录氨基三甲叉膦酸 ATMP乙二胺四甲叉膦酸钠 EDTMPSEDTMPS二乙烯三胺五甲叉膦酸 DTPMPDTPMPA多元醇磷酸酯 PAPE编辑本段氨基三甲叉膦酸 ATMPATMP具有良好的螯合、低限抑制及晶格畸变作用。
可阻止水中成垢盐类形成水垢，特别是碳酸钙垢的形成。
缓蚀阻垢剂ATMP在水中化学性质稳定，不易水解。
在水中浓度较高时，有良好的缓蚀效果。
ATMP用于火力发电厂、炼油厂的循环冷却水、油田回注水系统。
可以起到减少金属设备或管路腐蚀和结垢的作用。
ATMP在纺织印染等行业用作金属离子螯合剂，也可用于金属表面处理剂等。
ATMP固体为结晶性粉末，易溶于水，易吸潮，易于运输和使用，尤其适用于冬季严寒地区。
由于纯度较高，可用作纺织印染行业的金属螯合剂及金属表面处理剂。
羟基乙叉二膦酸 HEDPHEDP是一种有机磷酸类阻垢缓蚀剂，能与铁、铜、锌等多种金属离子形成稳定的络合物，能溶解金属表面的氧化物。
HEDP在250℃下仍能起到良好的缓蚀阻垢作用，在高pH值下仍很稳定，不易水解，一般光热条件下不易分解。
耐酸碱性、耐氯氧化性能较其它有机磷酸（盐）好。
HEDP可与水中金属离子，尤其是钙离子形成六圆环螯合物，因而HEDP 具较好的阻垢效果并具明显的溶限效应，当和其它水处理剂复合使用时，表现出理想的协同效应。
HEDP固体属于高纯产品，适用于冬季严寒地区；特别适用于电子行业的清洗剂和日用化学品添加剂。
HEDP广泛应用于电力、化工、冶金、化肥等工业循环冷却水系统及中、低压锅炉、油田注水及输油管线的阻垢和缓蚀；HEDP在轻纺工业中，可以作金属和非金属的清洗剂，漂染工业的过氧化物稳定剂和固色剂，无氰电镀工业的络合剂。
阻垢缓蚀剂原理
阻垢缓蚀剂原理阻垢缓蚀剂是一种特殊的化学品，它可以用于防止金属表面的腐蚀和积垢，从而延长金属材料的使用寿命。
其主要原理是形成一个保护性的薄膜，以防止金属与外界环境接触。
本文将详细介绍阻垢缓蚀剂的原理和应用。
我们需要了解阻垢缓蚀剂是如何起作用的。
当金属表面暴露在空气、水或其他化学物质中时，它们往往会受到腐蚀或积垢的影响。
这些物质可能会与金属表面产生反应，形成一层氧化物或其他化合物，从而使金属表面失去光泽和强度。
阻垢缓蚀剂的作用是在金属表面形成一层保护性的膜，以防止这些物质与金属接触。
这种膜可以是无机物、有机物或复合物，具体的材料取决于应用环境和要求。
阻垢缓蚀剂的应用非常广泛。
它们可以用于各种金属材料和场合，例如海洋工程、石油化工、冶金、电力、交通运输等。
在海洋工程中，阻垢缓蚀剂可以用于船舶、海上钻井平台、海底管道等设施，以保护它们不受海水、氧化物和微生物的影响。
在石油化工中，阻垢缓蚀剂可以用于管道、储罐、设备等，以保护它们不受沉积物、腐蚀和氧化的影响。
在冶金、电力、交通运输等领域中，阻垢缓蚀剂也有着广泛的应用。
然而，阻垢缓蚀剂的应用并不是一件简单的事情。
使用阻垢缓蚀剂需要考虑很多因素，例如使用环境、金属材料、阻垢缓蚀剂的种类和剂量等。
这些因素都会影响阻垢缓蚀剂的效果和持久性。
因此，在使用阻垢缓蚀剂之前，需要进行充分的研究和试验，以确定最佳的使用方案和条件。
需要注意的是，阻垢缓蚀剂虽然可以有效地防止金属材料的腐蚀和积垢，但并不能完全消除这些问题。
在实际应用中，我们还需要进行定期的检查和维护，以确保金属材料的安全和可靠性。
此外，我们还需要注意阻垢缓蚀剂对环境和人体的影响，以避免潜在的风险和危害。
阻垢缓蚀剂是一种非常重要的化学品，它可以有效地保护金属材料免受腐蚀和积垢的影响。
使用阻垢缓蚀剂需要进行充分的研究和试验，以确保最佳的效果和持久性。
同时，我们还需要进行定期的检查和维护，以确保金属材料的安全和可靠性。
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收稿日期:2001-04-23作者简介:王超,(1970-)男,黑龙江人,大专,大庆油田开普化工有限公司水处理剂厂厂长。
完成局级项目一项,获一等奖,主要从事油田应用化学研究。
绿色化学与阻垢缓蚀剂王 超1, 陈新萍2, 梁利民1(1 大庆油田开普化工有限公司,黑龙江大庆 163114;2 大庆石油管理局,黑龙江大庆 163712)摘要:介绍了绿色化学的概念、研究内容、绿色技术以及绿色阻垢缓蚀剂,并指出绿色化学正重新塑造阻垢缓蚀剂的发展方向。
关键词:绿色化学;绿色技术;阻垢缓蚀剂;中图分类号:TQ 085+4 文献标识码:A 文章编号:1001-0017(2001)04-0171-03Green C hemistry and Corrosion and Scale Inhibitors(WANG Chao 1,CHEN Xin-ping 2and LIANG Li-mi n 1)(1 Daqing Oil Fiel d C.P.Chemicals Co.,Ltd.,Daqing 163114,China;2.Daqing Pe troleum Administration Beureau ,Daqing 163712,China) Abs tract:the conception researchi ng content of green che mistry,green technology and green corrosion and scale-i nhibi tors is introduced in this paper.A t the same ti me it is pointed out that green chemistry i s rebuildi ng the developmintal direction of corrosion and scale-i nhi biting agent.K ey words :green che mis try;green technology;corrosion and scale-inhi bitors1 绿色化学1 1 绿色化学的概念绿色化学是近年提出的新概念,是一门全新的从源头上彻底阻止污染的化学,其影响已扩展到自然科学的各个学科,将给与化学过程有关的学科带来革命性的变化,成为21世纪的学科前沿和重点研究方向。
在世纪之交,世界化学和化工学科的发展方向发生了重大的革命性的变革,其标志就是 绿色化学 概念的提出。
虽然从其正式提出到现在仅有5年,但这一全新概念的影响已扩展到自然科学的各个学科,影响到国民经济的各个行业的发展战略。
作为专用化学品的水处理剂,其发展战略与绿色化学密切相关。
绿色化学的概念随着工业的高度发展,全球性的环境污染和生态破坏日益严重,保护人类生存环境已刻不容缓。
1992年6月,在巴西里约热内卢召开了联合国环境与发展大会,通过了 21世纪议程 ,要求各国制定和组织实施可持续发展战略、计划和政策,迎接人类社会面临的共同挑战。
随之,社会的可持续发展及其所涉及的生态、环境、资源、经济等方面的问题越来越成为国际社会关注的焦点,被提高到发展战略的高度。
更为严厉的保护环境的法规不断出台,促使人们尤其是化工界把注意力集中到从本源上杜绝或减少废弃物的产生,即原始污染的预防而并非污染后的治理。
1995年3月16日,美国宣布 总统绿色化学挑战计划 ,提出了 绿色化学 的概念。
环境友好化学、洁净化学、原子经济性、绿色技术等一系列新的名词也相继出现。
绿色化学就是用化学的技术和方法,从根本上减少或消灭那些对人类健康或环境有害的原料、产物、副产物、溶剂和试剂等的产生和应用。
原子经济性概念首先由美国著名有机化学家提出,即高效的化学合成应最大限度地利用原料分子的每一个原子,使之结合到目标分子中(如完全的加成反应),达到零排放。
1 2 绿色技术所谓绿色技术是指在绿色化学基础上发展起来的技术。
显然,绿色化学的总体思路是从根本上消灭污染源,使得废物不再产生,不再有废物处理问题,因而绿色化学是一门从源头上彻底阻止污染的化学。
根据绿色化学或原子经济性的概念,过去发明的许多有关化工 三废 治理的方法均不属于绿色技术之列,因为这些方法对污染是终端控制而不是始端预防。
另外,运用改进管理的方法实现了环境污染的预防,因其手段不是化学和化学工程,也不属171化学与粘合2001-4Chemistry and Adhesion于绿色化学范畴。
绿色化学将给化学工业和环境工程带来革命性的变化,是21世纪化学和化工学科的学科前沿和研究重点,是化学家在21世纪重新学习的首要领域,成为21世纪可持续发展战略的重要支撑。
1 3 绿色化学研究的内容绿色化学研究的内容包括一般化过程的4个基本要素,即目标分子(最终产品)、原材料(起始物)和转化反应的试剂、反应方式和反应条件。
评价一个化工过程是否符合绿色化学的要求,需要将这4个要素联系起来,全盘考虑。
目标分子的结构设计或重新探索对人类健康和生存环境更安全的目标物质是绿色化学的关键,它是利用化学构效关系和分子改性以达到效能和毒性之间的最佳平衡。
为此,不仅要重视新化合物的设计,同时还要求对现有的多种化工产品重新评价和设计。
例如,原材料和试剂开发和应用对人和环境无毒、无危险性的原材料和转化反应的试剂是绿色化学的重要环节。
化学反应方式许多专用化学品的合成往往涉及多步骤的分离反应,改变化学合成的方式无疑是绿色技术的重要组成部分。
采用近年来发展起来的一釜多步串联反应和一釜多组分反应就是一类绿色化学反应方式。
一釜多步串联反应的方式具有可以使合成反应连续进行,而无需分离出反应中间体,不产生相应的废弃物等优点。
一釜多组分反应也是一种高效率的合成方法,它涉及至少3种不同的原料,每步反应都为下一步反应所必需,而且原粉分子的主体部分都融进最终产物中,几种原料经一步即可生成较为复杂的产物,没有废弃物产生。
反应条件从绿色化学的观点出发,改善反应条件应从改变溶剂和合理使用催化剂两方面着手。
在传统的专用化学品合成中,使用的反应介质、分离和配方中使用的溶剂,绝大部分是挥发性的有机溶剂。
这些有机溶剂在使用过程中有的会造成水源污染,严重破坏生态环境,限制这类溶剂的使用是绿色化学重要的研究方向。
解决的办法有采用无溶剂化反应、以水为熔剂及以超临界流体为溶剂等。
以水为溶剂的优点是,来源最为丰富、无毒、价廉、使用安全、不危害环境,采用各种形式的化学催化和生物催化是实现原子经济性反应的重要途径。
应用催化方法还可以实现普通方法不能进行的反应,缩短合成步骤[1]。
2 绿色阴垢缓蚀剂当前最重要的课题是目标分子阻垢缓蚀剂产品的绿色化,因为没有目标分子,就不可能有其生产过程。
生物降解性能对于传统药剂的重新评价也有着重要的现实意义。
关于生物降解性能 经济合作与开发组织 (OECD)有专门的试验方法和评价标准。
通过分子设计使其符合绿色化学要求的无毒或低毒药剂,正在研究开发之中[2]。
2 1 聚天冬氨酸聚天冬氨酸是受动物代谢过程启发于近年开发成功的一种绿色阻垢剂。
软体动物在其外壳形成期间是利用叫作母体蛋白的化合物控制碳酸钙结晶过程的。
在这些蛋白质中,含有丰富的天冬氨酸,其聚合形态实际上是一种聚羧酸,这种天然产品具有很好的生物降解性质。
作为聚天冬氨酸前驱化合物天冬氨酸,目前已能利用生化法和化学法进行工业规模生产,从而为天冬氨酸的工业化生产提供了物质条件。
天冬氨酸是为数不多的可热聚合的氨基酸之一,Donlar Corpo ration因开发热聚天冬氨酸(TPA)而获得了 1996年度美国总统绿色化学挑战奖 ,该公司已建成18000 t/a的生产装置。
TPA作为CaCO3、CaSO4、BaSO4和Ca3(PO4)2的阻垢剂[3][4],广泛应用于冷却水处理、锅炉水处理、脱盐、油田水处理等。
阻垢性能优于聚丙烯酸。
TPA的制造工艺是绿色化的,在二步制造工艺中不使用有机溶剂。
TPA对环境无毒,它能完全生物降解成无毒产物。
据文献报道[5]将天冬氨酸加热到160 以上,或靠自身,或采用催化剂即可得到线性聚合物聚琥珀酰亚胺,再滴加氢氧化钠、氢氧化铵、氢氧化钾和其他碱、碱土金属氢氧化物或碳酸盐等使之水解即得非坦天形式的聚天冬氨酸。
2 2 聚环氧琥珀酸在聚丙烯酸类阻垢剂的分子中插入氧原子,得到了一种既具有丙烯酸类阻垢剂的良好阻垢性能,又容易生物降解的产品。
经证实聚环氧琥珀酸是一种绿色水溶性聚合物,它的生物降解性能好,对钙镁铁等离子的整合力强适用于高碱高固水系。
可应用于锅炉水处理和冷却水处理。
据文献报道[6],聚环氧琥珀酸可按以下方法制得:以马来酸酐为原料,使之碱性水解生成马来酸盐,再以钨酸钠为催化剂,在过氧化氢中把马来酸盐环氧化成环氧琥珀酸盐。
然后将环氧琥珀酸盐甲酯化或乙酯化,在无溶剂体系或惰性溶液体系中开环聚合,再将制得的聚合物水解,就得到了聚环氧琥珀酸。
也可以用一价金属阳离子或二价金属阳离子、172Summarization and Special comment综述与专论胺离子或有机胺阳离子将聚环氧琥珀酸中的一部分羧基或全部羧基变成盐的形式。
日本花王株式会社对聚环氧琥珀酸进行了应用性能试验研究。
试验结果表明,聚环氧琥珀酸的阻垢性能明显优于聚丙烯酸钠、聚马来酸和酒石酸[2]。
3 比较绿色的阻垢剂缓蚀 膦酰羧酸盐(PCA)[7]国外开发该类聚合物始于20世纪70年代,公司70年代末开始研制膦基聚马来酸,Nalco公司70年代末开始研究膦基马来酸,进入80年代,Betz公司发现PAC与丙烯酸/丙烯酸羟丙酯复配后对抑制CaC O3、Ca3(PO4)2垢及分散粘泥和Fe2O3有协同效应,90年代Mogul公司又发现膦基聚丙烯酸对Mg SiO3垢有一定溶解能力这一颇有吸引力的现象,使之研究再度活跃,目前其产品主要是以丙烯酸、马来酸、丙烯酰胺、2-甲基丙磺酸、丙烯酸羟丙酯等单体一种或几种与次亚磷酸共聚而成二元、三元甚至四元聚合物。
国内开发始于90年代,胡建华等人研制了含磷丙烯酸/丙烯酸羟丙酯二元共聚物,张宝欣等研制的含羟基、磺酸基、磷酸基和一种非离子基团的三元共聚物,陈新萍等研制的水相膦基马来酸-丙烯酸共聚物,具有缓蚀、阻垢的双重功效;改变了传统的聚羧酸盐的生产方式:旧有的生产方式为甲苯做溶剂 聚合反应 降温倾出溶剂 升温水解,反应时间长(6~8h)分两步进行。
需氮气保护,操作复杂。
生产过程中,有环境污染及有机物倾出。
而新生产工艺:水为溶剂,反应一步完成,通过催化剂与引发剂发生反应产生自由基,使聚合反应在常压条件下顺利进行,无需氮气保护,反应过程中无任何有害物质排放,生产过程及产品使用过程都符合环保要求。