阻垢緩蝕劑配方分析
發布時間:2012/8/20 20:22:54 來源：周(zhou)工(gong) 字體: 
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導讀：阻垢緩蝕劑是常用的水處理劑之一(yi)．蘇州禾川化(hua)工專業(ye)從事阻(zu)垢(gou)阻(zu)蝕劑配方分析，配方開發，組成檢測．本文(wen)中所提供的(de)配方經過修改．如(ru)需要了解更(geng)多可(ke)以咨詢我們的(de)技(ji)術人員．
關鍵詞：阻垢緩蝕劑 阻垢劑配(pei)方 禾(he)川(chuan)化工
一.背景
隨著工業化生產的迅速發展，水資源短缺和水質污染日益嚴重，已成為世界性的社會危機，節能降耗已成為我國經濟發展工作中的重中之重。近年來，我國南方和東北地區以低硬度水作為循環冷卻水系統補充水源的企業明顯增多。但是，以低硬度水作為補充水的循環冷卻水系統存在腐蝕較嚴重的問題。低硬度循環冷卻水的水質穩定處理一直是冷卻水處理中的一個難題。提高循環冷卻水的濃縮倍數已成為節約冷卻用水的又一項十分重要的手段。但隨著濃縮倍數的提高，水中離子濃度增加，同樣又導致結垢和設備腐蝕等問題。
我國水處理阻垢劑的研究開發于20世紀70年代（國外于30年代開始），經過了近40年的發展，經歷了天然聚合物阻垢劑、含磷聚合物阻垢劑等。由于天然聚合物藥劑用量大，費用高；含磷類阻垢劑不能有效地抑制磷酸鈣和鋅垢以及解決氧化鐵沉淀問題，且本身易形成有機磷酸垢，特別是隨著人們對環保的加強，考慮到磷的污染性，環保部門已對磷的使用有了限制，而鉬系處理的方案又存在成本太高的問題，在生產中很難應用。所以開發低磷或無磷的新型綠色阻垢劑已成為國內外水處理劑方面研究的重點。
2.阻垢緩蝕劑
2.1 阻垢緩蝕劑的定義
阻垢劑（scale inhibitor）：是指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。冷換設備防腐阻垢劑以環氧樹脂和特定氨基樹脂為基料，加入適量的各種防銹、防腐等各種助劑配制而成，為單組分。它具有優異的屏蔽、抗滲、防銹性能、良好的阻垢、導熱性，優良的耐弱酸、強堿、有機溶劑等性能，它的附著力強，且膜層光亮、柔韌、致密、堅硬。
2.2阻垢緩蝕劑的作用機理
緩蝕阻垢劑的作用機理分為：絡和增溶作用、晶格畸變作用、靜電斥力作用。
1）螯合增溶作用
絡和增溶作用是共聚物溶于水后發生電離，生成帶負電性的分子鏈，能與水中Ca2+、Mg2+等陽離子形成可溶性的絡合物或螯合物，阻止與其成垢陰離子(如CO32-、PO43-和SiO32-等)的接觸，使得成垢的幾率大大下降，提高了冷卻水中Ca2+、Mg2+的允許濃度，相對來說就增大了鈣、鎂鹽的溶解度。如：聚磷酸鹽水溶液中產生(-P-O-P-O-P-)鍵，它能與Ca2+形成螯合物。
2）凝聚與分散作用
凝聚與分散作用，也有研究解蝕為晶格畸變作用，由分子中的部分官能團在無機鹽晶核或微晶上，占據了一定位置，阻礙和破壞了無機鹽晶體的正常生長，減慢了晶體的增長速率，從而減少了鹽垢的形成。
分散作用的結果是阻止成垢粒子間的相互接觸和凝聚，從而可阻止垢的生長。成垢粒子可以是鈣、鎂離子，也可以是由千百個CaCO3和MgCO3分子組成的成垢顆粒，還可以是塵埃、泥沙或其他水不溶物。對于聚羧酸鹽類聚合物阻垢劑，在水溶液中解離生成的陰離子在與CaCO3微晶碰撞時，會發生物理化學吸附現象，使微晶表面形成雙電層。在吸附產物碰到其它聚羧酸鹽離子時，會把已吸附的晶體轉移過去，出現晶粒的均勻分散現象，從而阻礙晶粒間及晶粒與金屬表面間的碰撞，減少溶液中的晶核數，進而將CaCO3穩定在水溶液中。
3）靜電斥力作用
靜電斥力作用是共聚物溶于水后吸附在無機鹽的微晶上，使微粒間斥力增加，阻礙它們的聚結，使它們處于良好的分散狀態，從而防止或減少垢物的形成。
2.3阻垢緩蝕劑性能的測試方法
選定地下水或配制水作為實驗用水，加入所要評定的阻垢劑，在一定的實驗溫度下，蒸發濃縮至 1.5 倍，達到 pH 值升高和鈣離子及碳酸氫根離子濃度升高的目的，恒溫靜置10h 后，分析測定澄清液中的鈣離子含量，以評定阻垢劑的阻垢性能。
阻垢緩蝕劑的靜態濃縮阻垢率按式（2-1）計算：
式中，V0為滴定空白試液試驗后所消耗的EDTA 標準溶液的體積，mL；V1為滴定空白試液試驗前所消耗的 EDTA 標準溶液的體積，mL；V2為滴定加入水處理劑的試液試驗后所消耗的 EDTA 標準溶液的體積，mL；1.5 為濃縮倍數。
2.3.2 緩蝕性能的測試
1）旋轉掛片法
旋轉掛片腐蝕實驗是在實驗室給定條件下，用試片的質量損失計算出腐蝕率和緩蝕率來評定水處理劑的緩蝕性能。實驗步驟如下。本實驗依照 HG/T 2159—91 的旋轉掛片失重法測定水處理劑的緩蝕性能。實驗儀器采用 ZJ 型浸漬腐蝕實驗儀。試片為 A3 碳鋼試片（50 mm×25 mm×2 mm），實驗水為地下水，實驗溫度 40℃，旋轉速度 75r/min，實驗時間 72 h。腐蝕率(mm/a)和緩蝕率分別由式（2-2）與（2-3）計算:
式中，W 為實驗后試片的質量，g；W0為實驗前試片的質量，g；A 為試片的表面積28 cm2；D 為試片的密度，7.850 g/cm3；T 為試片的實驗時間，72 h:
2）極化曲線法
工作電極表面經處理后，放入電解池中，1h后開始測試，以自腐電位(Ecor)為基礎，極化位每次遞增20 mV，穩定2min后取極化電流值，并在半對數坐標紙上描繪出極化曲線，不同測試條件測試材質相同，極化曲線同在一圖可直接進行比較，并且連續測試。
緩蝕率=(F空白-F實驗) /F空白×100
3.阻垢緩蝕劑的分類
阻垢緩蝕劑種類繁多，通常是一些結構特別化合物的復配，且要根據金屬表面狀況、腐蝕介質組成及運行情況等因素進行種類選擇。在水處理中常用的阻垢劑有無機聚磷酸鹽、有機膦酸、膦羧酸、有機膦酸脂、聚羧酸等。
3.1 無機聚合磷酸鹽緩蝕劑
無機聚合磷酸鹽應用較多的是三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉。該類藥劑處理法具有設備簡單、運行維護方便、基建投資少、處理費用低的優點，但其穩定處理的極限濃縮倍率較低，一般小于1. 6，而且有利于循環冷卻系統中菌、藻類的繁殖。
三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉在水中生成長鏈陰離子容易吸附在微小的碳酸鈣晶粒上，同是這種陰離子易于和CO32-置換，從而防止了碳酸鈣的析出。
3.2 有機膦酸類阻垢劑
有機膦酸具有良好的阻垢效果，較聚磷酸鹽穩定，即使在較高的溫度下也不易水解，而且其運行維護方便、加藥設備簡單。但有機膦酸的藥劑價格較高，單一處理法易造成凝汽器銅管的腐蝕。常用的有ATMP、HEDP、EDTMPS、DTPMPA、PBTCA、BHMT等。對抑制碳酸鈣、水合氧化鐵或硫酸鈣的析出或沉淀有很好的效果。
3.3 有機膦羧酸
膦羧酸有AMPS、EDTMP、PBT-CA等，此系列藥劑含磷量低，由于它具有膦酸和羧酸的結構特性，使其具有良好的阻垢和緩蝕性能，優于常用的有機磷酸鹽，特別在高溫下阻垢性能遠優于常用的有機磷酸，能提高鋅的溶解度，耐氯的氧化性能好，復配協同 性好，適用于高溫、高硬度、高pH、高濃縮倍數的水質條件。其抑制硫酸鈣垢的效果較好，但抑制碳酸鈣垢的效果較差。其毒性低，易水解。
3.4聚羧酸類阻垢分散劑
常用的聚合物類水穩劑有丙烯酸-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙基磺酸共聚物(AA/AMPS)、聚丙烯酸(PAA)、水解聚馬來酸酐(HPMA)、馬來酸酐一丙烯酸共聚物(MA/AA)、丙烯酸一丙烯酸酯類共聚物等。
最近市面上又有一種環保型的緩蝕阻垢劑——聚天冬氨酸（PASP），對CaCO3、CaSO4·2H2O、BaSO4、SrSO4垢有極其優良的阻垢性能， 是一種多功能的阻垢劑，并具有一定的緩蝕性能， 可與多種藥劑復配組成綠色配方（無磷或低磷）應用前景廣闊。
聚天冬氨酸分子中帶負電的胺羰功能基團中的氮原子和氧原子與垢鹽表面鈣離子的靜電作用主導了此類阻垢劑與晶面的吸附特性。功能基團的空間位置與特定晶面陽離子間距的匹配性，主導了阻垢劑與垢鹽表面的結合性能， 從而成為添加劑定量結構-性能相關(QSAR) 研究中的兩個關鍵參量， 或至少是對阻垢劑阻垢性能起關鍵作用的微觀參量之一。
3.5 復配阻垢緩蝕劑
目前絕大多數企業使用的是復配藥劑，即利用幾種藥劑的協同效應，在藥劑總量不變的情況下，取得較好的緩蝕、阻垢效果。通常將有機膦酸、磷羧酸、聚合物及無機鹽等復配成適用于水處理的高效緩蝕劑。
4.常見阻垢緩蝕劑的配方
配方1：
|
成分 |
代號 |
含量 |
說明 |
|
羥基乙叉二膦酸 |
HEDP |
20-25% |
|
|
羥基乙叉二膦酸.2鈉 |
HEDP.2Na |
3-6% |
|
|
聚丙烯酸 |
PAA |
1-3% |
分子量3000左右 |
|
水 |
|
余量 |
此樣品為小分子有機磷酸與聚合物復配使用，對硫酸鈣、碳酸鈣有很好的抵制作用。
配方2：
|
成分 |
代號 |
含量 |
說明 |
|
聚丙烯酸 |
PAA |
3-6% |
分子量3500 |
|
羥基乙叉二膦酸 |
HEDP |
2-5% |
/ |
|
氯化鈉 |
NaCl |
4-8% |
/ |
|
水解聚馬來酸 |
HPMA |
1-3% |
/ |
|
膦酰基丁烷三羧酸鈉 |
PBTCA |
0-2% |
/ |
|
水 |
|
余量 |
/ |
配方3
|
成分 |
代號 |
含量 |
說明 |
|
硫酸鋅 |
ZnSO4 |
7-10% |
助劑 |
|
氨基三甲叉膦酸 |
ATMP?4Na |
8-15% |
|
|
聚丙烯酸 |
PAA |
1-3% |
|
|
丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸多元共聚物 |
AA-AMPS |
1-4% |
|
|
聚環氧琥珀酸鈉鹽 |
PESA |
3-5% |
|
|
苯并三氮唑 |
BTA |
0.5-2% |
緩蝕劑 |
|
十二醇無規聚醚 |
|
0-1% |
低泡性表面活性劑 |
|
焦磷酸 |
|
0-5% |
除垢、調節PH值 |
|
水 |
|
余量 |
|
特點：有機磷酸鹽、有機磷羧酸鹽和磺酸共聚物中加入Zn2+，它與有機磷酸鹽、有機磷羧酸鹽和磺酸鹽共聚物之間存在“協同效應”。磺酸鹽共聚物有很強的穩鋅能力,當腐蝕發生時,陰極區形成高pH區域，Zn2+迅速沉積成膜,但膜松軟不牢固,而有機磷酸鹽等在金屬表面形成的沉積、吸附則起到補膜的作用，與其共同組成致密、牢固的保護層。
5.市面常見緩蝕劑
無機緩蝕劑、有機緩蝕劑、聚合物類緩蝕劑、無機緩蝕劑（鉻酸鹽、亞硝酸鹽、硅酸鹽、鉬酸鹽、鎢酸鹽、聚磷酸鹽、鋅鹽）有機緩蝕劑（膦酸（鹽）、膦羧酸、琉基苯并噻唑、苯并三唑、磺化木質素）聚合物類緩蝕劑（聚乙烯類，POCA，聚天冬氨酸）陽極型緩蝕劑（無機強氧化劑，如鉻酸鹽、鉬酸鹽、鎢酸鹽、釩酸鹽、亞硝酸鹽、硼酸鹽）陰極型緩蝕劑（鋅的碳酸鹽、磷酸鹽和氫氧化物，鈣的碳酸鹽和磷酸鹽）混合型緩蝕劑（巰基苯并噻唑、苯并三唑、十六烷胺等）氧化膜型緩蝕劑（鉻酸鹽、亞硝酸鹽、鉬酸鹽、鎢酸鹽、釩酸鹽、正磷酸鹽、硼酸鹽）沉淀膜型緩蝕劑（鋅的碳酸鹽、磷酸鹽和氫氧化物，鈣的碳酸鹽和磷酸鹽）吸附膜型緩蝕劑、銅銀緩蝕劑苯駢三氮唑、銅緩蝕劑巰基苯駢噻唑 （水溶性巰基苯駢噻唑）銅緩蝕劑甲基苯駢三氮唑、鹽酸酸洗緩蝕劑、 硝酸酸洗緩蝕劑、銅合金酸洗緩蝕劑、鹽酸酸洗緩蝕劑、檸檬酸酸洗緩蝕劑、碳鋼酸洗緩蝕劑、季銨鹽型酸化緩蝕劑、不銹鋼酸洗緩蝕劑、油田酸化緩蝕劑、含硫油氣管道緩蝕劑、金屬高溫緩蝕劑、鎂合金中性緩蝕劑、黑色金屬緩蝕劑、銅合金堿性緩蝕劑、鋁合金堿性緩蝕劑、鋁合金中性緩蝕劑、輸油管道酸化緩蝕劑、鋼鐵中性緩蝕劑、冷卻水緩蝕阻垢劑、加氫裂化高效緩蝕劑、鍋爐清洗用緩蝕劑、循環水系統緩蝕劑、汽油加氫緩蝕劑、鍋爐脫氧緩蝕劑、耐高溫緩蝕劑、銅合金緩蝕劑、冷凍鹽水緩蝕劑、注塑機阻垢緩蝕劑、鍋爐緩蝕劑、鍋爐除垢緩蝕劑、軟化水系統緩蝕劑、中低壓鍋爐阻垢緩蝕劑、油田注水緩蝕劑、天然氣井緩蝕劑、高溫酸化緩蝕劑、空調緩蝕劑、氣相緩蝕劑、·水處理阻垢緩蝕劑、有機硅持久緩蝕劑、油溶性高溫緩蝕劑、氣相防銹緩蝕劑、·防銹緩蝕劑、金屬緩蝕劑、有機磷緩蝕劑、鋼鐵緩蝕劑、電鍍鉻鉛板緩蝕劑、煉廠用高溫緩蝕劑、合金管酸洗緩蝕劑、螺紋鋼酸洗緩蝕劑
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