【正文】 gher scale inhibition ratio indicates much better scale inhibition performance. In the following static experiments, the effects of solution temperature and hardness on the scale inhibition performance were studied. The 2+Ca concentration of the solutions was 600 mg/L (as CaCO3) and the pH was about . The experiments were carried out under different solution temperatures and PASP concentrations with 10 h running for 26 each test. The scale inhibition ratios versus PASP concentrations were calculated under different solution temperature conditions. To validate the scale inhibition performance under a higher hardness condition, the solution was confected at a 2+Ca concentration of 800 mg/L and pH . Then it was put into water baths of 30 and 60℃ for 10 h, respectively. The curves of the scale inhibition ratio versus the PASP concentration were obtained under different solution hardness conditions. Experimental results and discussion Effect of solution temperature on scale inhibition performance. Figure 1 shows the effect of the solution temperature on scale inhibition performance. When the solution temperatures are 30 and 60℃ ， the scale inhibition ratios exceed 90% with only 3 mg/L PASP used and the scale inhibition performance was excellent. When the solution temperature reaches 80℃ , the scale inhibition rate decreases and 9 mg/L PASP is needed to get a scale inhibition ratio of 50%. From the figures, it is shown that the solution temperature has an effect on the scale inhibition performance of PASP. Thus, PASP as a scale inhibitor fits to application in industrial cooling water systems。工業(yè)水處理，20xx（ 7）： 132135 [9]陸柱，陳中興，蔡蘭坤，等。聚環(huán)氧琥珀酸的合成劑性能評定 [J]。水處理阻垢劑的研究和發(fā)展 [J]。 20xx， 26（ 9）：13 [4]張冰如，李風(fēng)亭。 [2]呂春菊，董偉等。 我還要感謝學(xué)校在給我們精心準(zhǔn)備藥品和器械設(shè)備下，大大支持我們的實驗操作和給予我們更多時間上和實驗室的方便。 22 謝 辭 在 宋長友 老師的悉心指導(dǎo)和耐心交流下， 我和康靜偉 比較順利的完成了 本次 實驗。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15時間溶液電導(dǎo)率0mL 21 結(jié)論 (1) PESA延長了碳酸鈣的結(jié)垢誘導(dǎo)期 ,是一種良好的碳酸鈣阻垢劑。 , PESA 對碳酸鈣結(jié)垢的影響 圖 3 不同溫度空白結(jié)垢時間與溶液電導(dǎo)率的關(guān)系 11 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15時間溶液電導(dǎo)率25℃30℃35℃40℃45℃50℃ 19 圖 4 不同溫度加 PESA碳酸鈣結(jié)垢時間與溶液電導(dǎo)率的關(guān)系 隨著溫度增加 ,碳酸鈣結(jié)垢過程逐漸由表面反 應(yīng)控制過渡為由擴(kuò)散過程所 制。 , PESA 對碳酸鈣結(jié)垢的影響 圖 2 50℃碳酸鈣結(jié)垢時間與電導(dǎo)率的關(guān)系 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15時間溶液電導(dǎo)率空白PESA11 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15時間溶液電導(dǎo)率空白PESA 18 隨著溫度升高 ,兩曲線下降趨勢先下降后上升 ,說明碳酸鈣結(jié)垢過程轉(zhuǎn)為由擴(kuò)散反應(yīng)所控制 空白曲線始終在下面 ,表明此過程 PESA依然起減緩反應(yīng)速率的作用。 16 3 結(jié)果和討論 聚環(huán)氧琥珀酸的紅外光譜圖 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60%透過率 10 00 20 00 30 00 40 00 波數(shù) ( c m 1 ) 17 溫度對碳酸鈣結(jié)垢的影響 ， PESA對碳酸鈣結(jié)垢的影響 圖 1 25℃時酸鈣結(jié)垢結(jié)垢時間與電導(dǎo)率的關(guān)系 由圖可見 ,低溫時 ,兩曲線呈下降趨勢 ,空白實 驗曲線下降速度較快。 重復(fù)以上試驗，測定不加 PESA 時不同溫度下電導(dǎo)率隨時間的變化值。 （ 3） 碳酸鈉溶液的配制 用 電子 天平稱取氯化鈣 ，加入燒杯中，并向其中加入少許蒸餾水，攪拌溶解后，移至 100ml 容量瓶，加蒸餾水至刻度線處 . （ 4） 在不同溫度下 , PESA 對碳酸鈣結(jié)垢的影響 在裝有溫度計、冷凝管、滴液漏斗和磁力攪拌裝置的 250mL 四口燒瓶內(nèi)加 200ml 去 離子水，將其放入恒溫水浴之中，調(diào)節(jié)恒溫水浴使水溫保持在 25℃ ,向其中加入 ，再加入 1mg/ml 的 PESA1ml，恒速攪拌。恒溫控制反應(yīng)時間，聚合 。 （ 6）控制過氧化氫的滴加速度，使溫度不超過 70℃，滴加 12ml 的 30%過氧化氫 。 （ 2）將裝有冷凝管、電動攪拌器、滴液漏斗和溫度計（ 0～ 200℃）的 250ml 的四口 燒瓶置于恒溫水浴鍋中。首先采用以馬來酸酐為原料的一步合成法合成聚環(huán)氧琥珀酸，然后 利用 DDS 11A 型電導(dǎo)率儀測定在聚環(huán)氧 琥珀酸影響下的碳酸鈣結(jié)垢過程中溶液的電導(dǎo)值 (也可換算成摩爾電導(dǎo)率 )，并作電導(dǎo)值與濃度關(guān)系圖。 國外制備聚環(huán)氧琥珀酸通常是采用以環(huán)氧琥珀酸為起始原料的一步合成法，或者采 用以馬來酸酐為起始原料的兩步合成法。在美國專利5409062 中，加入低于化學(xué)計量用量的聚環(huán)氧琥珀酸可以有效地防止碳酸鈣、草酸鈣、硫酸鈣、硫酸鋇和硫酸銘的沉淀，而且不會形成阻垢劑一鈣沉淀。是一種不含磷酸和磷酸鹽的低劑量阻垢方法。結(jié)果導(dǎo)致蒸發(fā)器的工作能力降到設(shè)計能力的 60%左右。美國專利 5705077 中，通過加入聚環(huán)氧玻拍酸防止氟化垢的生成。 (2)聚環(huán)氧琥珀酸在噴淋冷卻水系統(tǒng)中的應(yīng)用 在鋼的鑄造過程中，熔融的鋼鐵在模子中成形。因此，防止管道和造紙設(shè)備的腐蝕和結(jié)垢對于這些系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)又有效地運行是十分重要的。 (l)聚環(huán)氧琥珀酸在造紙工業(yè)中的應(yīng)用 在牛皮紙蒸煮器綠色液體管道和漂白工廠的分離釜中，碳酸鈣是一種常見的垢。在惡劣的水質(zhì)中仍能控制垢和污泥的形成。 （ 2）多步法合成聚環(huán)氧琥珀酸 1973 年 發(fā) 明了三步合成 PESA 的方法。Gamble Company 公司和 Betz 公司分別于上世紀(jì)年 80 代末和 90 年代初所研究的。因此，在我國，研制這種無磷、非氮并可生物降解的綠色水處理劑聚環(huán)氧 琥珀 酸，將會填補(bǔ)我國在這一領(lǐng)域的空白，有著極大的經(jīng)濟(jì)意義。由于其制造工藝清潔，利用后的 PESA 能被微生物或真菌高效、穩(wěn)定地降解為環(huán)境無害的最終產(chǎn)物，因此，被認(rèn)為是一種“環(huán)境友好”的綠色化學(xué)。磷、氮是主要的水體營養(yǎng)源，因而磷系水處理配方的使用受到了一定的爭議。 綠色水處理劑 人們在綠色化學(xué)概念的基礎(chǔ)上提出了“綠色水處理劑”的概念，所謂綠色水處理劑是指其制造過程是清潔的，在使用過程中對人體健康和環(huán)境沒有危害，可以生物降解為對環(huán)境無害的水處理劑。應(yīng)用廣泛的聚羧酸類阻垢分散劑如聚丙烯酸等聚合物雖 10 然曾經(jīng)使水處理技術(shù)取得了很大進(jìn)展，由于無磷，曾被認(rèn)為是無毒、污染很小、環(huán)境可接受的水處理藥劑。 原因是丙烯酸價格比較便宜，容易得到，也易與其它單體共聚。 阻垢劑的發(fā)展趨勢 近年來，國內(nèi)外最為活躍的兩個阻垢劑研究領(lǐng)域是有機(jī)膦酸和高聚物。 （ 4）電導(dǎo)率法 電導(dǎo)率是測定水中溶解鹽類多少的一種指標(biāo)。鼓泡法以測水樣中鈣離子的穩(wěn)定濃度作為評定阻垢劑阻垢性能的指標(biāo)。動態(tài)法是在模擬換熱器運行工況條件下操作并對操作參數(shù)進(jìn)行精確控制，通 過檢測垢厚、傳熱溫差及污垢熱阻等因素，得出阻垢劑對傳熱面的抑制效果。水中剩余硬度值越大，則阻垢效果越好。在一定溫度和 pH條件下，經(jīng)過一定時間，使碳酸鈣或硫酸鈣沉淀完全。這一薄層氧化物是基體與水溶液之間的中間層，必然會對發(fā)生在界面上的各種行為如緩蝕、阻垢等產(chǎn)生影響。雙電層作用機(jī)理對有機(jī)膦酸鹽類阻垢劑的作用， Gill 等人提出了雙電層作用機(jī)理。因阻垢劑的鏈狀結(jié)構(gòu)可吸附多個相同電荷的微晶，靜電斥力可阻止微晶相互碰撞，從而避免了大晶體的形成。阻垢劑的阻垢機(jī)理歸納起來主要有以下幾種觀點： （ 1） 晶格畸變作用 碳酸鈣微晶成長時按照一定的晶格排列，結(jié)晶致密而堅硬。另外 ,國外研究發(fā)現(xiàn) ,與無機(jī)磷酸鹽、有機(jī) 磷 酸鹽和苯 丙 三氮哇等藥劑有良好的協(xié)同作用 ,復(fù)配后緩蝕能力很強(qiáng)。此共聚物對抑制碳酸鈣垢、硫酸鈣垢、磷酸鈣垢以及硅垢具有很好的效果 ,并可與其他藥劑配合使用 ,共聚物濃度一般在 ～ 25mg/L 左右。 [5]磺酸類共聚物 磺酸基團(tuán)對鹽不敏感 ,具有良好的抗溫 、 抗鹽能力 ,尤其是抗高價金屬離子的能力 ,故在 20 世紀(jì)末 ,國際上出現(xiàn)了研究開發(fā)此類共聚物 的熱潮。該共聚物對于 3CaCO 垢、 4CaSO 、3 4 2Ca (PO ) 垢及硅垢有較好作用 ,并可與水處理系統(tǒng)中的其他藥劑匹配使用。 從環(huán)境相容性 角度考慮 ,PASP 的可生物降解性使其成為特別有價值的水處理劑。聚丙烯酸型阻垢劑毒性較小 ,價格便宜 ,具有溶限效應(yīng) ,阻垢效果較好 ,用藥量低 （ 1mg/L 的聚丙烯酸能鰲合 45mg/L 的2+Ca ） ,幾乎沒有排放污染問題。 （ 2） 含磷 （膦） 共聚物阻垢劑 含磷共聚物是近年來由無機(jī)單體次磷酸與其他有機(jī)單體如丙烯酸 （ AA） 、馬來酸 (MA)、含磺酸基單體等共聚而成 ,一類為聚 磷 基 羧酸 另一類為 磷 酞基 羧酸 ,其特 6 點是將 羧基 與 磷酸 基結(jié)合于同一分子中 ,由于其分子上同時有 — PO 和一 COOH ,因而兼有有機(jī)磷酸和聚 羧酸 的阻垢與緩蝕特點 ,尤其對 碳酸鈣 垢有效 ,其復(fù)合配方對硫酸鈣垢、磷酸鈣垢以及分散粘泥和氧化鐵也有協(xié)同效果和去活化作用。 （ 1） 天然聚合物阻垢 劑 天然聚合物阻垢劑主要包括木質(zhì)素、單寧、淀粉、甲殼素、腐植酸等及其衍生物。解決這些問題的有效方法是向循環(huán)水中投加阻垢劑 ,防止碳酸鈣垢的生成。添加阻垢劑已經(jīng)成為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中控制結(jié)垢的主要手段。 when at high temperature, scattering plays an importan