摘要：本文以過(guò)硫酸銨為引發(fā)劑，在水相中合成了以馬來(lái)酸酐、丙烯酰胺和丙烯酸乙酯為單體的三元共聚物，并 研究 了共聚物的用量、Ca2+濃度、堿度以及pH值對(duì)阻垢效果的 影響 。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該共聚物具有鈣硬的忍耐度高、pH適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的開(kāi)發(fā)前景。

關(guān)鍵詞：阻垢性能 循環(huán)冷卻水系統(tǒng) 碳酸鈣 硬度 堿度

共聚物阻垢劑是八十年代開(kāi)發(fā)的一類(lèi)新型無(wú)公害水處理劑[1]。 目前 使用的阻垢劑主要是以丙烯酸和馬來(lái)酸為主體的共聚物，在分子中引入酰胺基、羥基、酯基、磺酸基以及磷酸基等多種功能性官能團(tuán)，從而提高了其阻垢性能、耐溫性能及熱穩(wěn)定性[2-6]。環(huán)境對(duì)排污越來(lái)越嚴(yán)格的要求，要求生產(chǎn)出具有無(wú)毒、無(wú)害、對(duì)生態(tài)環(huán)境無(wú)污染的化學(xué)藥劑。本文研究的AA-MA-EA是一種無(wú)磷、低氮、易生物降解的聚合物，具有用量低、阻垢效果佳的特點(diǎn)，適于用作循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的阻垢劑，具有廣闊的開(kāi)發(fā)前景。

1. 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與原料

儀器：81-2型恒溫磁力攪拌器(上海司樂(lè)儀器廠);WXG-150型電接點(diǎn)玻璃水銀溫度計(jì)(河北省武邑縣松壘儀表廠);HH-S265數(shù)顯恒溫水浴鍋(金壇市大地自動(dòng)化儀器廠;金壇市環(huán)保儀器廠);pHS-3C型酸度計(jì)(上海第二 分析 儀器廠);721分光光度計(jì)(上海第三分析儀器廠);四口燒瓶及雙壁恒溫水浴鍋(自制)

原料：馬來(lái)酸酐(A.R.);丙烯酰胺(A.R.);丙烯酸乙酯(A.R.);過(guò)硫酸銨(A.R.)

1.2 共聚物的制備

把裝有攪拌轉(zhuǎn)子、滴液漏斗及冷凝管的四口燒瓶安裝在恒溫水浴中，先后加入規(guī)定劑量的水、馬來(lái)酸酐，控溫80℃攪拌，待馬來(lái)酸酐溶解后，滴加過(guò)硫酸銨引發(fā)劑、丙烯酰胺和丙烯酸乙酯，控制滴加速度，按照自由基聚合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到淺黃色溶液。

1.3 碳酸鈣阻垢率的測(cè)定

實(shí)驗(yàn) 方法 參照 中國(guó) 石化總公司《冷卻水分析和試驗(yàn)》中的《靜態(tài)阻垢評(píng)定試驗(yàn)方法》中碳酸鈣沉積法，試驗(yàn)溫度為(80±1)℃，濃縮倍數(shù)為1.5，試驗(yàn)水質(zhì)為：Ca2+為250mg/L，為250mg/L(注：Ca2+ 和均以計(jì))，恒溫10h，恒溫后進(jìn)行 自然 冷卻;阻垢劑貯備液濃度為2mg/mL。

阻垢率的 計(jì)算 ：

——實(shí)驗(yàn)前實(shí)測(cè)Ca2+濃度再乘以濃縮倍數(shù)而得的 理論 Ca2+濃度，mg/L;

——加阻垢劑的試液，試驗(yàn)后Ca2+的濃度，mg/L;

——不加阻垢劑(空白)的試液在相同條件下的Ca2+濃度，mg/L;

——實(shí)驗(yàn)前測(cè)Ca2+濃度EDTA的用量再乘以濃縮倍數(shù)而得的理論EDTA的用量，mL;

——加阻垢劑試驗(yàn)后測(cè)Ca2+濃度EDTA的用量，mL;

——空白試驗(yàn)測(cè)Ca2+濃度EDTA的用量，mL。

2. 結(jié)果與討論

2.1 單體配比對(duì)阻垢率的影響

在共聚物用量為12mg/L，其他條件一定的情況下，所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明單體配比對(duì)阻垢率有較大的影響。

表1 阻垢率與單體配比的關(guān)系

由表1可以看出，在保持馬來(lái)酸酐與丙烯酸乙酯的比例一定的條件下，改變丙烯酰胺的量，其阻垢率的變化不大明顯;而保持馬來(lái)酸酐與丙烯酰胺的比例一定，改變丙烯酸乙酯的量，則其阻垢率發(fā)生明顯的變化。引起這一現(xiàn)象的主要原因是分子結(jié)構(gòu)中的不同官能團(tuán)在水溶液中的引力或斥力不同，改變單體的配比就改變了官能團(tuán)在分子中的含量，從而使分子在水溶液中具有不同的伸展形態(tài)，而對(duì)不同微粒具有不同的吸附性能[3]。當(dāng)單體配比為5:3:2時(shí)，共聚物的伸展形態(tài)對(duì)碳酸鈣具有最佳的吸附性能，從而達(dá)到最佳的阻垢效果。

2.2 阻垢率與共聚物用量的關(guān)系

在1.3所述的自配水樣中，加入不同劑量的共聚物，用EDTA絡(luò)合滴定法測(cè)其阻垢率，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可以看出，在低劑量時(shí)，隨著共聚物用量的增加，其阻垢率上升;當(dāng)用量達(dá)到一定值后，阻垢率隨共聚物用量的變化幅度趨于平緩。當(dāng)共聚物用量為12mg/L時(shí)，阻垢率達(dá)到96.62%。共聚物用量增大，其阻垢率反而有所下降，表明該共聚物存在溶限效應(yīng)。

2.3 硬度及堿度對(duì)阻垢率的影響

保持(Ca2+)濃度為250mg/L，改變Ca2+()濃度，在水樣中加入12mg/L的共聚物，測(cè)定其阻垢率;另外，保持[Ca2+]:[]=1:1不變，同時(shí)改變水中Ca2+和的濃度，在水樣中加入12mg/L的共聚物，測(cè)定其阻垢率，其結(jié)果如圖2所示。

由圖2可以看出，隨著水中成垢離子的濃度增大，阻垢率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。在水溶液中，存在著碳酸平衡：

及碳酸鈣溶解平衡：

靜態(tài)法是從水溶液中生成沉淀的角度來(lái)考察結(jié)垢和評(píng)價(jià)阻垢性能的[7]。當(dāng)改變硬度和堿度時(shí)，由于水中Ca2+和濃度的改變，打破了水溶液中存在的碳酸鹽的靜態(tài)平衡;同時(shí)，由于堿度和硬度的增大，增加了垢的總量，使的過(guò)飽和度提高、碳酸鈣垢總量增大，超過(guò)了該共聚物抑制其成垢的能力，從而降低了共聚物對(duì)的晶格畸變作用和分散作用而使得阻垢率下降。

2.4 pH值對(duì)阻垢率的影響

在1.3所述的自配水樣中，加入12mg/L的共聚物，調(diào)節(jié)水樣的pH值，測(cè)定其在不同條件下的阻垢率，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可以看出，在pH=4~8的范圍內(nèi)，該共聚物具有優(yōu)異的阻垢性能，而在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿的水質(zhì)條件下，其阻垢性能較差。在強(qiáng)酸性條件下，由于水中H+離子含量高，導(dǎo)致碳酸平衡左移，溶液中的碳酸鹽堿度大幅度下降，從而使Ca2+能穩(wěn)定地存留于水體中，即使在不加任何阻垢劑的條件下Ca2+離子含量也很高，從而使測(cè)得的阻垢率偏低;在強(qiáng)堿性條件下，水中OH-含量較高，碳酸平衡右移，水中含量增大，水中的成垢離子迅速結(jié)成沉淀從水中析出;同時(shí)使水中的碳酸鹽堿度轉(zhuǎn)化為碳酸鈣沉淀的比率增大，提高了成垢量，從而抑制了共聚物對(duì)碳酸鈣垢的阻垢能力，使阻垢率降低。

3. 結(jié)論

3.1 以過(guò)硫酸銨為引發(fā)劑，在水相中合成以馬來(lái)酸酐、丙烯酰胺、丙烯酸乙酯為單體合成共聚物阻垢劑是可行的。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該共聚物具有優(yōu)異的阻垢性能，具有使用劑量的、阻垢性能優(yōu)越，對(duì)鈣硬、堿度的忍耐度高，pH值適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，且該產(chǎn)品為非磷、低氮產(chǎn)品，易于生物降解，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成有機(jī)污染。因此，該產(chǎn)品具有廣闊的開(kāi)發(fā)前景，可以進(jìn)行經(jīng)一步的開(kāi)發(fā) 研究 。

參考 文獻(xiàn)

【1】 李凡修, 辛焰, 陳武. 共聚物類(lèi)阻垢劑的研制進(jìn)展. 工業(yè) 水處理, 2000,20(3):7~10

【2】 張慶軒, 楊國(guó)華, 楊普江等. 以水為溶劑馬來(lái)酸酐-丙烯酸共聚物的合成 及阻垢性能研究. 工業(yè)水處理, 2000, 20(12):26~28

【3】 黃柏芬, 王剛. ZG-93丙烯酸共聚物阻垢分散劑的研制及阻垢機(jī)理探討. 化學(xué)世界, 1996(2): 88~93

【4】 朱志良, 張冰如, 蘇耀東等. PBTCA及馬-丙共聚物對(duì)碳酸鈣阻垢機(jī)理的動(dòng)力學(xué)研究. 工業(yè)水處理, 2000, 20(2):20~23

【5】 林保平, 王國(guó)力, 顧敘元等. AA/HAPS共聚物阻垢性能研究. 水處理技術(shù), 1996, 22(1): 44~47

【6】 張淑云, 曹匯川. 多元共聚物的合成及其阻垢性能的研究. 水處理技術(shù), 1995, 22(1): 35~37

【7】 王睿, 丁潔, 沈自求. 動(dòng)靜態(tài)研究體系中CaCO3沉積 規(guī)律 的 理論 分析 及實(shí)驗(yàn)研究. 水處理技術(shù), 2000, 26(1): 36~41

Polymerization of Tri-Copolymer MA-AA-EA and Study of Its Scale Inhibition Effect

Abstract: Ammonium Persulfate as initiator, the tri-copolymer MalEic-Acrylamide- is polymerized in aqueous solution, with malEIc, acrylamide, and ethyl acrylate being monomers. The influence on scale inhibition effect of quantity of the copolymer, concentration of Ca2+, alkalinity and pH value is further studied. The result indicates that this tri-copolymer has its privileges such as wide application to Ca2+ and pH value. The result indicates that this tri-copolymer is worth further studying.

Keywords: Scale Inhibition; Circulating Cooling Water System; CaCO3; Hardness; Alkalinity.

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”