【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 中硫變成不溶于水的硫化銅，其氧化還原反應(yīng)表示如下：（3）減少礦物結(jié)垢和防腐。銅鋅合金與水中多余氯離子發(fā)生的氧化還原反應(yīng)表明銅鋅合金濾料會(huì)消耗水中的氫離子[12]，從而使處理后所得到的水的pH值有所升高。略堿性的水質(zhì)可以降低碳酸鈣的溶解度，使之易于析出，聚集從而隨水流走或形成絮狀沉淀。這是因?yàn)橹靥妓猁}在水中會(huì)呈現(xiàn)如下平衡：水pH值的升高會(huì)使此平衡向右移動(dòng)，所以經(jīng)KDF濾料處理過的水系統(tǒng)與管道、循環(huán)池和換熱器等水系統(tǒng)相比更容易析出碳酸鈣，這就是“鈣垢轉(zhuǎn)移”現(xiàn)象。除此之外，人們還發(fā)現(xiàn)即使是較低濃度的鋅離子也可改變碳酸鈣水垢的晶體形態(tài)，使其由不易被清除的方解石硬垢轉(zhuǎn)變成很容易用物理過濾方法就可去除的文石型碳酸鈣水垢[]。文石型碳酸鈣水垢與質(zhì)地堅(jiān)硬、溶解度相對(duì)較低的方解石型水垢相比，文石型水垢是由針狀或柱狀的晶體構(gòu)成，宏觀上為絮狀、平坦棒狀或顆粒狀，較為疏松，垢形相對(duì)較小，不容易粘附在塑料、陶瓷和金屬的表面，而是易物理方法即可去除，或者隨水流沖走，因此較容易清除。但KDF合金濾料也會(huì)在長(zhǎng)期使用中產(chǎn)生一些沉淀物影響其除垢效果，也是其缺點(diǎn)之一。b) PTH水處理器PTH水處理器的主要化學(xué)成分為銅、鋅、錫、鎳等金屬元素，它不但可改變水垢的晶體形態(tài)，還可將水中已經(jīng)存在的水垢和銹有效去除，而且不用安裝軟化除氧設(shè)備，無需停工檢查，這使整個(gè)系統(tǒng)的使用壽命得到延長(zhǎng)。是一種防止鍋爐結(jié)硬垢、防銹、防藻功能的鍋爐水處理裝置。PTH水處理器的內(nèi)部核心構(gòu)造較為特殊，當(dāng)水流通過它時(shí)能產(chǎn)生很好的流體力學(xué)沖擊效果，這有利于核心元素產(chǎn)生的正電場(chǎng)作用的發(fā)揮。當(dāng)水流過PTH水處理器的內(nèi)部核心處時(shí)，由于正電場(chǎng)的作用水中結(jié)垢和易腐蝕的物質(zhì)被離解成陽離子和陰離子，且可利用接地系統(tǒng)來吸收釋放出的電子[15]。這些吸收來的電子主要被鎂、鈣和鐵等可以形成水垢和鐵銹的離子所獲得，從而形成相對(duì)穩(wěn)定的物質(zhì)狀態(tài)。PTH水處理器不但可以通過抑制陽離子的反應(yīng)以及兩極分極的反應(yīng)來阻止水垢、鐵銹的形成，還可以破壞已經(jīng)存在的水垢以及鐵銹中的陰、陽離子之間的平衡關(guān)系，進(jìn)而使它們易于被清除?？梢奝TH水處理器是通過電子補(bǔ)償技術(shù)來穩(wěn)定離子并阻止了水垢和銹的形成[16]。此外，多種型號(hào)的PTH水處理器還可滿足不同型號(hào)和用途的鍋爐。目前已在南非、韓國、日本等多個(gè)個(gè)國家推廣使用，并且得到了各國政府部門的大力支持。但是PTH水處理器的阻垢率還是無法達(dá)到令人完全滿意的程度，對(duì)水中原本存在的水垢和銹的去除也并不完全，因此其性能還有待進(jìn)一步的提高。河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)保材料研究所通過以銅鋅合金為基礎(chǔ)并加入稀土元素，通過中頻爐煉制、成型，熱處理后等工藝冶煉出多元銅鋅功能合金，其應(yīng)用于工業(yè)鍋爐除垢，效果顯著[]。電氣石是一種天然礦物，屬三方晶系，呈復(fù)三方柱狀。通式為XY3Z6(BO3)3 Si6Ol8 (OH，O)3(OH，F(xiàn))，具有自發(fā)極化遠(yuǎn)紅外輻射等性能。電氣石是用一種赤紅色結(jié)晶狀礦物[19]，粉碎后加入附形劑拌和，做成直徑3～4 mm的小圓球，則每個(gè)這樣的球粒表面有5～6萬對(duì)正負(fù)電氣石電極，可具有防止水受熱結(jié)垢和使水活化的作用。有研究者認(rèn)為，當(dāng)水與電氣石球粒接觸時(shí)，電氣石球?？墒顾肿蛹せ詈徒怆x，所解離出的少量氫氧根，可與電氣石表面附近的水分子結(jié)合為具有界面活性的水合分子，寫成反應(yīng)式為：H2O→H++OHH2O+ OH→H3O2+e。這是極性分子，可以吸附管壁器壁，阻止水中物質(zhì)附壁。電氣石使水活化，除了可使管壁、器壁吸附活化水分子之外，還使水中鈣離子、鎂離子和碳酸根受激發(fā)，使成垢物質(zhì)的微晶致畸，而成為絮團(tuán)狀沉渣，在一定時(shí)間內(nèi)失去附壁能力。 水合分子附壁示意圖研究表明電氣石顆粒的電極性影響水體的氧化還原電位,調(diào)節(jié)溶液pH 值趨向中性[20]。而表面吸附和離子交換吸附H+使酸性溶液pH 值上升速率大于堿性溶液pH ,產(chǎn)生共振可削弱水分子間氫鍵作用[21]。同時(shí)電氣石微粉可以明顯改善水分子團(tuán)簇結(jié)構(gòu)，電氣石的單向極軸結(jié)構(gòu)熱釋電特性使表面附近存在較強(qiáng)的電場(chǎng),可以使水分子團(tuán)簇中氫鍵的穩(wěn)定性下降,并對(duì)離子的轉(zhuǎn)移產(chǎn)生影響,從而促進(jìn)水分子的電離,降低了水分子間的締合度。目前電氣石在水處理方面已經(jīng)應(yīng)用于油田水處理、養(yǎng)殖場(chǎng)、印染廠[22]等多個(gè)領(lǐng)域。由于其自身可釋放紅外性能，可在保健、環(huán)保、建筑等多領(lǐng)域加大應(yīng)用[23]。除此之外，對(duì)水垢處理方法還有最傳統(tǒng)的化學(xué)法，例如酸洗堿洗等。但是化學(xué)藥劑多多少少會(huì)對(duì)鍋爐等設(shè)備造成腐蝕，使用時(shí)應(yīng)確保對(duì)其腐蝕處于最小程度[24]。但是該方法污染環(huán)境，不符合目前倡導(dǎo)的綠色環(huán)保理念。另外，超聲波可以通過降低水分子締合度，從而減小溶液粘度和表面張力對(duì)水垢產(chǎn)生影響，達(dá)到除垢效果[25]。 研究?jī)?nèi)容（1）將課題組自制的銅鋅合金和電氣石陶瓷球與水作用，采用正交設(shè)計(jì)，系統(tǒng)研究銅鋅合金和電氣石對(duì)水的pH、表面張力、電極電位、電導(dǎo)率等指標(biāo)的變化規(guī)律；（2）采用鍋爐模擬裝置，研究經(jīng)銅鋅合金和電氣石處理的水結(jié)垢特點(diǎn)；（3）采用SEM、XRD等手段研究銅鋅合金與電氣石對(duì)水垢形成的微觀影響機(jī)制。2 實(shí) 驗(yàn) 主要實(shí)驗(yàn)藥品與儀器實(shí)驗(yàn)選用新疆某地區(qū)產(chǎn)電氣石制成的活水功能陶瓷球和研究所自制銅鋅功能合金。 實(shí)驗(yàn)用化學(xué)藥品藥品名稱規(guī)格生產(chǎn)廠家無水氯化鈣分析純天津市江天化工技術(shù)有限公司碳酸氫鈉分析純天津大學(xué)科威公司：儀器名稱型號(hào)生產(chǎn)廠家內(nèi)熱管式阻垢儀HS1自行設(shè)計(jì)掃描電子顯微鏡Nova NanoSEM450美國FEI公司X射線衍射儀X’Pert MPD荷蘭Philips公司臺(tái)式酸度測(cè)定儀HI223意大利HANNA公司電子天平臺(tái)式電導(dǎo)率測(cè)定儀BS224SDDSJ318北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司上海雷磁新徑儀器有限責(zé)任公司 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（1）實(shí)驗(yàn)最佳銅鋅合金用量以河北工業(yè)大學(xué)自制銅鋅功能合金為原料，控制不同用量使其處理相同體積相同時(shí)間的溶液，通過檢測(cè)pH以及電極電位變化，找到實(shí)驗(yàn)用銅鋅合金最佳用量。（2）銅鋅合金與電氣石陶瓷球最佳比例以銅鋅合金最佳用量為基準(zhǔn)，設(shè)置銅鋅合金與電氣石陶瓷球比例分別為1:2,1:,1:3,1:。處理相同體積相同質(zhì)量的溶液后，通過測(cè)試溶液的pH以及電極電位變化確定銅鋅合金與電氣石陶瓷球最佳比例。（3）設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)，確定顯著因素在前人大量實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，設(shè)定4因素的第2水平為最佳銅鋅合金用量，最佳銅鋅合金與電氣石陶瓷球比例，處理2h溶液。上下各取一個(gè)小范圍波動(dòng)作為第第3水平進(jìn)行4因素3水平的正交實(shí)驗(yàn)，并對(duì)其進(jìn)行極差分析，確定顯著因素。（4）水垢形貌成分測(cè)試及分析對(duì)正交實(shí)驗(yàn)中形成的水垢以及空白組水垢進(jìn)行XRD、SEM測(cè)試，并分析水垢形貌及成分，從而總結(jié)銅鋅合金與電氣石對(duì)水垢形成的影響，分析其協(xié)同作用機(jī)制。 實(shí)驗(yàn)步驟根據(jù)前期實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，本課題用碳酸氫鈉與氯化鈣配置[Ca2+]=500mg/L，[HCO32]=500mg/L的溶液。分裝進(jìn)六個(gè)800ml燒杯中。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)分析與測(cè)試，1，2。銅鋅合金均與水作用2h。2h后取出銅鋅合金，分別將16燒杯中水倒出300ml至712燒杯中放于內(nèi)熱管式阻垢儀進(jìn)行加熱。，加熱兩小時(shí)，期間每隔十分鐘進(jìn)行依次補(bǔ)水。觀察712內(nèi)熱管結(jié)垢情況，并對(duì)經(jīng)銅鋅合金處理前后水質(zhì)pH，電極電位進(jìn)行檢測(cè)，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。用碳酸氫鈉與氯化鈣配置[Ca2+]=500mg/L，[HCO32]=500mg/L的溶液。分裝進(jìn)四個(gè)800ml燒杯中。①14燒杯中均加入10g銅鋅合金；②1燒杯中加入20g電氣石陶瓷球，2燒杯加入25g電氣石陶瓷球這樣依次遞增5g；③與水作用2h后分別將銅鋅合金與電氣石陶瓷球