【文章內(nèi)容簡介】 濃縮器接受冷卻塔排出物的廢物并將其濃縮成固體，成為可掩埋掉的垃圾。這種方法具有零排放的特點，因此工廠不想或者不能向下水道系統(tǒng)排放污水時常采用這種設(shè)備。美國專利5886011中，在鹽濃縮和蒸發(fā)系統(tǒng)中加入低于化學計量用量的聚環(huán)氧琥珀酸，不但有效地控制了礦物垢如碳酸鈣、硫酸鈣和磷酸鈣的生成，而且對于濃縮固化的工業(yè)過程沒有任何影響。是一種不含磷酸和磷酸鹽的低劑量阻垢方法。(4)聚環(huán)氧琥珀酸在地下蓄水系統(tǒng)中的應(yīng)用 在地下蓄水池子中碳氫化合物的生產(chǎn)過程中，固體鹽的沉積和設(shè)備表面成垢是生產(chǎn)過程中面臨的嚴重問題。這些垢是一些微溶的無機鹽如硫酸鈣、硫酸鋇和碳酸鈣等，通常會出現(xiàn)在碳氫化合物恢復操作過程的水中。聚環(huán)氧琥珀酸是一種有效的地下蓄水池流體的阻垢劑。在美國專利5409062中，加入低于化學計量用量的聚環(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。相對于傳統(tǒng)的阻垢劑如聚丙烯酸，聚環(huán)氧琥珀酸有更高的離子容忍性。 本課題研究內(nèi)容隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和環(huán)境要求的提高，對水處理技術(shù)提出了更高的要求。目前水處理藥劑的研究向綠色化發(fā)展，聚環(huán)氧琥珀酸是目前世界公認的綠色水處理劑，它兼具阻垢、緩蝕雙重作用。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。由于我國市場上沒有環(huán)氧琥珀酸這一化工原料，并且以馬來酸酐為起始原料的兩步合成法有中間物提純的步驟，操作繁瑣，對于實際生產(chǎn)而言成本較高，所以我們采用以馬來酸酐為原料的一步合成路線。以馬來酸酐為原料使之堿性水解生成馬來酸鈉后，以鎢酸鈉為催化劑，經(jīng)過過氧化氫氧化后得到環(huán)氧琥珀酸鈉，在引發(fā)劑作用下使之聚合為聚環(huán)氧琥珀酸。本題目擬研究聚環(huán)氧琥珀酸（PESA）對碳酸鈣結(jié)垢過程的影響。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值(也可換算成摩爾電導率)，并作電導值與濃度關(guān)系圖。通過改變試驗條件研究不同溫度、不同濃度的聚環(huán)氧琥珀酸對碳酸鈣結(jié)垢過程影響的規(guī)律。2試驗 試驗試劑藥劑名稱化學純度生產(chǎn)廠家無水氯化鈣分析純天津市北方天醫(yī)化學試劑廠無水碳酸鈉分析純天津市光復科技發(fā)展有限公司馬來酸酐分析純天津市永大化學試劑有限公司鎢酸鈉分析純天津市永大化學試劑有限公司雙氧水30%天津市福晨化學試劑廠氫氧化鈉分析純天津市永大化學試劑有限公司無水甲醇分析純天津市永大化學試劑有限公司氫氧化鈣分析純天津市巨星圣源化學試劑有限公司 試驗儀器儀器名稱型號生產(chǎn)廠家數(shù)字恒溫水浴鍋HH2型江蘇省金壇市原華儀器制造有限公司精密定時電動攪拌器JJ1型常州市華普達教學儀器有限公司電導率儀DDS11A型上海雷磁儀器廠循環(huán)水式真空泵SHZD(III) 型鞏義市予華儀器責任有限公司電熱恒溫鼓風干燥箱DHG9203型上海一恒科技有限公司電子天平TG328B型上海精密科學儀器有限公司精密酸度計PHS2C型上海精科雷磁有限公司 試驗方法 聚環(huán)氧琥珀酸的合成及紅外表征由馬來酸酐在氫氧化鈉堿性條件下水解得馬來酸鹽，在鎢酸鈉作為催化劑條件下，用雙氧水進行環(huán)氧化，得到環(huán)氧琥珀酸鹽，再以氫氧化鈣復配物為引發(fā)劑引發(fā)聚合反應(yīng)，得到聚環(huán)氧琥珀酸鹽。實驗步驟（1）配制50%氫氧化鈉溶液。（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。（3），加約100ml去離子水，并開動攪拌器。（4）緩慢升溫后，開始滴加50%氫氧化鈉溶液12g（控制滴加速度，使滴加在30min內(nèi)完成），并控制溫度不超過55℃,使馬來酸酐水解為馬來酸鈉。（5）使溫度控制在60℃左右。（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。滴完后用質(zhì)量分數(shù)為50%。（7）保持65℃，使馬來酸鈉活化成環(huán)氧琥珀酸鈉。（8）反應(yīng)后，升高溫度到85℃，(氫氧化鈣)。恒溫控制反應(yīng)時間。（9）待溶液冷卻至室溫, 調(diào)節(jié)pH, 加入無水甲醇析出白色固體, 抽濾, 干燥后得白色粉末狀固體, 即聚環(huán)氧琥珀酸鈉(PESA )。 聚環(huán)氧琥珀酸的阻垢性能評定（1）聚環(huán)氧琥珀酸溶液的配制 稱取100mg制備好的聚環(huán)氧琥珀酸加入燒杯，并向其中加入少許蒸餾水，攪拌溶解后，移至100ml容量瓶，加入蒸餾水至刻度線處。（2）氯化鈣溶液的配制 ，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。（3）碳酸鈉溶液的配制 ，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℃,，再加入1mg/ml的PESA1ml，恒速攪拌。用電導率儀測量其電導率，每隔30s記錄一次。改變溫度（30℃、35℃、40℃、45℃、50℃）重復以上實驗。測定不同溫度下電導率隨時間的變化值。重復以上試驗，測定不加PESA時不同溫度下電導率隨時間的變化值。（5）PESA 濃度對碳酸鈣結(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℃,，恒速攪拌。用電導率儀測量其電導率，每隔30s記錄一次。加入PESA（、……），重復上面試驗，測定其電導率隨時間的變化值。3 結(jié)果和討論 聚環(huán)氧琥珀酸的紅外光譜圖 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。說明碳酸鈣結(jié)垢析出過程為表面反應(yīng)所控制,阻垢劑起著較強的作用。此時PESA 即使有分散和吸附作用,也不是影響碳酸鈣結(jié)垢過程的主要因素。推斷 PESA 起阻垢作用的主要原因應(yīng)該是晶格畸變作用。, PESA 對碳酸鈣結(jié)垢的影響 圖2 50℃碳酸鈣結(jié)垢時間與電導率的關(guān)系 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。 推斷PESA有表面吸附或分散作用。從PESA 是帶負電的離子性質(zhì)和其影響反應(yīng)速率來看,此過程應(yīng)有較強的分散作用。即加入PESA ,在減緩CaCO3聚集速度的同時將大量的CaCO3微粒穩(wěn)定在溶液中,從而從動力學上阻止碳酸鈣結(jié)垢過程。, PESA 對碳酸鈣結(jié)垢的影響 圖3 不同溫度空白結(jié)垢時間與溶液電導率的關(guān)系 圖4 不同溫度加PESA碳酸鈣結(jié)垢時間與溶液電導率的關(guān)系隨著溫度增加,碳酸鈣結(jié)垢過程逐漸由表面反應(yīng)控制過渡為由擴散過程所制。無阻垢劑存在時其溫度界限大約為40℃左右,加阻垢劑 PESA下其溫度界限提高為50℃左右。溫度變化時,PESA 影響碳酸鈣結(jié)垢過程的控制過程發(fā)生改變。 PESA 濃度對碳酸鈣結(jié)垢的影響圖5 不同濃度PESA碳酸鈣結(jié)垢時間與溶液電導率關(guān)系 由圖可見, 25℃無晶種存在下,試樣中加入1mg/mL ,說明PESA的低劑量效應(yīng)。結(jié)論(1) PESA延長了碳酸鈣的結(jié)垢誘導期,是一種良好的碳酸鈣阻垢劑。(2) PESA影響碳酸鈣結(jié)垢過程的原因：低溫時晶格畸變起主要作用；高溫時分散起作用從動力學上影響碳酸鈣結(jié)垢過程。溫度發(fā)生變化，PESA影響碳酸鈣結(jié)垢過程的控制過程發(fā)生變化。(3) PESA有低劑量效應(yīng)。謝 辭在宋長友老師的悉心指導和耐心交流下，我和康靜偉比較順利的完成了本次實驗。實驗過程讓我體會到完成一個實驗要時時刻刻都需要保持謹慎小心的態(tài)度，對每一個細節(jié)都要做深刻的思考和討論.在論文即將完成之際,他為我們精心選題、安排實驗，大力支持我們開展實驗研究，對我們實驗中出現(xiàn)的問題進行了分析和改進。宋老師還積極幫助我們查找資料，并向我們提供了有利于論文寫作的建議和意見，指導我們論文寫作的方向和框架，并對論文原稿進行逐字批閱，指出其中的謬誤之處。其次要感謝和我一組的康靜偉同學，和其他各組同學的配合，使得畢業(yè)論文得以完成。我還要感謝學校在給我們精心準備藥品和器械設(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。 在此向所有評閱我們論文的老師們先道一聲感謝，只有你們的嚴謹批閱和修改才能使我們的設(shè)計論文更加準確和完美。參考文獻[1]熊蓉春，魏剛等。綠色阻垢劑聚環(huán)氧琥珀酸的合成[J].工業(yè)水處理，1999，19（3）：1311。[2]呂春菊，董偉等。聚環(huán)氧琥珀酸的緩蝕性研究[J]。工業(yè)水處理，2001，21（3）：2325[3]徐菊春，王慧龍等。綠色水處理劑聚環(huán)氧琥珀酸的研究進展[J]。2006，26（9）：13[4]張冰如，李風亭。聚環(huán)氧琥珀酸的多元阻垢性能[J]。工業(yè)水處理。2004，27（2）：9295[5]李繼友。水處理阻垢劑的研究和發(fā)展[J]。天津化工，2001（2）：2223[6]王勤娜，施寶昌，王浩。工業(yè)循環(huán)冷卻水緩蝕阻垢劑的發(fā)展狀況[J]?；みM展2005，24（5）：2628[7]白樺萍，趙志仁，雷武，等。聚環(huán)氧琥珀酸的合成劑性能評定[J]。工業(yè)水處理。2002，22（12）：2426[8]張小霓，于萍，羅運柏。循環(huán)冷卻水用阻垢劑性能的評定方法[J]。工業(yè)水處理，2003（7）：132135[9]陸柱，陳中興，蔡蘭坤，等。水處理技術(shù)[M]。上海：華東理工大學出版社，外文資料Experimental study on scale inhibition performance of a green scale inhibitor polyaspartic acidQUAN ZhenHua?, CHEN YongChang, WANG XiuRong , SHI Cheng, LIU YunJie amp。 MA ChongFang Key Laboratory of Enhanced Heat Transfer and Energy Conservation, Ministry of Education and Key Laboratory of Heat Transfer and Energy Conversion, Beijing Education Commission, College of Environmental and Energy Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 100124, ChinaAbstractStatic and dynamic experiments were carried out to validate scale inhibition performance of a greenscale inhibitorpolyaspartic acid (PASP). From the static experiment, it was shown that below 60℃, polyaspartic acid is very effective in scale inhibition, with the scale inhibition ratio exceeding 90% with only 3 mg/L PASP for the 600 mg/L hardness solution. For a higher hardness solution of 800 mg/L, the scale inhibition ratio can also reach 90% with 6 and 12 mg/L PASP at 30 and 60℃respectively. The SEM photographs of CaCO3 crystals indicate that the crystal structure transforms from a pact stickshape to a loose shape so that the scale can be washed away easily instead of being deposited on the heat transfer surface. The dynamic experimental results show that almost no scales formed on the heat transfer surface and the fouling thermal resistance decreases extraordinari