缓蚀阻垢剂研究进展——王迁

HEBEI UNITED UNIVERSITY

11 级

水处理与油田化学品

文献综述

姓名王迁

班级11应化1班

学号 201114760110

学院化学工程学院

任课教师尚宏周

缓蚀阻垢剂的研究进展

王迁

(河北联合大学化学工程学院，河北唐山)

摘要:根据在冶金、化工、电力、石油和轻工等行业中循环冷却水的水质的特点和生产的要求而开发出兼具缓蚀和阻垢双重功效的复合药剂——缓蚀阻垢剂。本文对缓蚀阻垢剂的分类、作用机理、发展现状以及绿色缓蚀阻垢剂的研究进展作了简单的综述，并对其最新研究前景作了展望: 新型高效/环境友好型阻垢缓蚀剂的研制开发必将成为该领域发展的主流。

关键词:缓蚀阻垢剂；绿色；作用机理；发展现状；研究进展

1 前言

水是人类赖以生存的基本条件，但世界上水资源是有限的，我国更为贫乏，人均水量仅为世界人均水量的四分之一。随着工业的高速发展，水的生态平衡日益受到严重破坏。为解决水资源危机，适应可持续发展，必须合理节约用水。

在工业生产过程中的管道和设备多采用碳钢和不锈钢材料，生产用水多采用地下水。以地下水作为循环水的补充水时，由于其一般属于高含盐量、高硬度、高碱度的三高水质，其中的Ca﹢、Mg﹢等腐蚀性离子，随着水温和pH值的变化，结垢趋势严重，会对管道和设备造成严重的腐蚀。因此，必须加入缓蚀阻垢剂改善冷却水质量，保证设备安全运行。而随着人们环保意识的日益提高，对各类水处理化学品也提出了越来越高的要求，具有含磷的污染性较高的缓蚀阻垢剂受到了限制，因而“绿色水处理剂”的概念应运而生。开发低磷或无磷、对环境友好的新型缓蚀阻垢剂成为国内外水处理研究的重要方向。

2 缓蚀阻垢机理

循环冷却水系统中的缓蚀阻垢方法较多，化学方法是现代工业的主要方式。其机理是缓蚀阻垢剂通过鳌合与分散作用达到缓蚀阻垢的目的。鳌合作用是由于阻垢剂带有的基团能与金属离子(Ca2﹢、Mg2﹢等)形成配位键，生成一种环状鳌合物，将易结垢离子在未析出之前稳定在水中，阻比晶核长大，而起到阻垢作用川。

分散作用则是由于高分子阻垢剂带有很多负电基团，可吸附(CaCO

3、MgSiO

3

等细

小微粒，阻止晶核继续生长。但高分子阻垢剂相对分子质量要小一些，如果太大，吸附架桥作用明显，将变成混凝剂，起不到阻垢作用。

3 缓蚀阻垢剂

在循环冷却水系统中，缓蚀与阻垢是相互关联、相互制约的两个方面。在环保浪潮的冲击下，为解决酸性水处理的排放污染问题，碱性运行方案出台了。然而，为了能够同时有效地抑制腐蚀和结垢，人们开始研制既能缓蚀又能阻垢的水处理剂。有机化合物的结构与性能密切相关，结构决定性能，结构变化必然导致性能不同。根据功能要求设计目标分子，使不同功能基团共存于同一个分子中，是制备多功能高效缓蚀阻垢剂的一个重要途径。国内许多大学和科研院所通过大量的研究工作，最终合成出多种系列低磷或无磷高效缓蚀阻垢剂，下面分别进行介绍。

3.1含磷缓蚀阻垢剂

3．1.1有机膦类

有机膦酸尤其是含氮烃基磷酸具有类似氨基酸的结构，对金属具有相当好的鳌合作用，因此是一类常用的缓蚀阻垢剂。含磷有机缓蚀阻垢剂由于具有良好的化学稳定性，一定条件下和其他水处理剂复合使用，能表现出理想的协同效应，兼具缓蚀和阻垢的作用，在工业水处理中应用非常广泛。N,N-二甲基甲叉二膦酸(DMMP)具有良好的阻垢性能，相同条件下，DMMP 抑制碳酸钙垢以及缓蚀的能力均优于常用水处理剂轻基亚乙基二膦酸( H EDP)和乙二胺四甲叉膦酸(EDTMP) o DMMP 能在较高的pH 环境中使用，其缓蚀性能随浓度加而增大，与无机缓蚀剂钼酸钠复配后，有很好的协同增效作用。但是含磷的水处理药剂，在使用过程中会对环境产生危害。

3.1.2膦酰基羧酸聚合物

膦酰基羧酸聚合物(POCA)是20世纪90年代后期，由FMC 公司开发的大分子有机磷化合物，在冷却水系统中既能阻垢又能缓蚀，与氯几乎不起作用，有很高的钙容忍度，被认为是真正的多功能药剂。

由于磺酸共聚物对Ca 3（P04）2垢及有机磷酸垢有良好的抑制作用，且能

稳定金属离子，有效分散颗粒物，在高钙情况下不易凝胶，因而近年研究重点集中在膦基磺酸多功能聚合物的合成方面。AA/IPPA/AMPS 三元聚合物，对Ca 3（P04）2阻垢分散性优于PAA,AA/ATMS 聚合物，且对碳钢有较好的缓蚀性能;可有效抑制

CaCO 3、MgSiO 3，分散氧化铁和锌盐，适应碱性水循环系统; MA/AA/麟酸亚基/氧

乙烯基/磺酸基多元共聚物，具优良的阻垢分散作用，钙容忍度高，磷含量低，可显著降低排放水中的磷含量，有着良好的开发前景。

3.2无磷缓蚀阻垢剂

3.2.1聚天冬氨酸类

聚天冬氨酸(PASP)无毒、无刺激、可生物降解，具有聚阴离子表而活性剂的特征;水解后的聚天冬氨酸能鳌合钻、镁、铜、铁等多价金属离子，具有优良的阻垢缓蚀和分散作用。聚天冬氨酸在与金属原子作用时能使其离开平衡位置，引起势能的增加，稳定性降低，对其物理和化学性质产生影响，使其晶格畸变。聚天冬氨酸在中性条件下与金属表而的物理吸附会向更稳定的化学吸附转化，达到较好的缓蚀阻垢性能。聚天冬氨酸、钨酸钠和锌盐对铜的缓蚀阻垢具有协同作用，阻垢效率达94%，缓蚀效率达94.15%。

聚天冬氨酸更是一种经济环保、可生物降解、能在高浓缩循环水中稳定运行、节水节能、能够安全用于循环水系统的良好缓蚀阻垢剂。但聚天冬氨酸的应用主要是有机膜与无机膜互补，在有机膜与有机膜的协同研究上比较罕见，应引起研究人员的注意。

3.2.2丙烯酸及丙烯酞胺类

以丙烯酸(AA )、丙烯酸羟丙酯 (HPA)和乙烯基磺酸钠(SVS)为单体的水溶性三元共聚物与钼酸盐进行复配后，可得到一种能应用于循环冷却水系统的缓蚀阻垢剂。通过研究，实验结果显示，在水温80℃时，该复配药剂对碳酸钙的阻垢率达95.84% ，阻垢性能良好，且作为阳极缓蚀剂，效果良好。而梭基、磺酸基、腾酸基、酞胺基等官能团的加入可以使聚合物的性能得到进一步的优化和提高。用马来酸酐、2-丙烯酞胺基一2一甲基丙磺酸和乙烯基丁醚为单体，合成不同单体比例的多官能团的阳极缓蚀阻垢剂聚合物，可以发现多官能团聚合物对碳酸钙、磷酸钙、氧化铁和锌盐有良好的分散和抑制作用。

以丙烯酸、丙烯酞胺为主要物质制成的缓蚀阻垢剂多为无磷、低毒、经济、环保型，但由于合成工艺较为复杂，对其研究较少。

3.2.3聚环氧琥珀酸类

聚环氧琥珀酸(PESA)是国外20世纪90年代初研制成功的绿色水处理药剂。由于其兼有缓蚀、阻垢双重功能，热稳定性能好，无磷非氮，环境友好，代表了水处理剂的发展方向。聚环氧唬拍酸优势明显，通过用衣康酸均聚物与聚环氧琥珀酸、含羧基聚天冬氨酸衍生物(PASP-ASP)以及葡萄糖酸钠合成一种以抑制阴极极化为主的混合型缓蚀阻垢剂。在电子显微镜下观察该混合型缓蚀阻垢剂处理过的碳钢表而，发现其完整而光滑，缓蚀阻垢率可达96%—97%。

聚环氧琥珀酸的应用主要通过复配来实现，在单独使用时阻垢缓蚀效果不太理想，且价格昂贵，需进一步研究以降低生产成本，同时加大推广力度。