应用于循环冷却水系统阻垢剂的合成与性能测试

第２１卷第２期　２００１年６月　西　安　工　业　学　院　学　报　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＸＩ’ＡＮ　ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ　ＯＦ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＶｏＩ．２１　Ｎｏ　２　．Ｊ．ｎｅ　２００１　应用于循环冷却水系统阻垢剂的　合成与性能测试　张治宏，冯启蒙　（西安工业学院材料科学与工程系，陕西西安７１００３２）　摘要：研完了马来酸奸、雨烯酰胺和丙烯酸甲酯时台ＣａＣｑ合成水的阻垢效果探讨了阻垢率　浓度、碱庄和恒温时间的关系，并对共聚柚对氧化铙的分散性能进行了评定　与共聚糟ｈｉ量、　实验结果表明，访共聚物性能良好，可ｈｉ作工业循环冷却水系统的阻垢剞　美键词：循环冷却水；阻垢｛｝ｉ；合戍；性能　中图号：ＴＱＯ８５．４　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００—５７１４（２００１）０２－０１７７—０４　Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ａｎｄ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｍｅａｓｕｒｅｄ　ｏｆ　ｓｃａｌｅ　ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔ０　ｃｏｏｌｉｎｇ　ｗａｔｅｒ　ｆｏｒ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｃｙｃｌｅ　・　ＺＨＡＮＧ　Ｚｈｉ－ｈｏｒ，．．ｇ，ＦＥＮＧ　Ｑｉ－ｍｅｒ￣ｇ　‘ａｎＩｎｓｔ　ｏｆ　Ｔｅｃｈ，Ｘｉ’ａＴｌ　７１００３２一ｃｈｌ叫）　（　口Ｉ　ｏｆＭａｔ　Ｓｅｉ＆Ｅｎｇｒ，　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ　ｏｆ　ｍａｌｅｉｅ　ａｎｈｙｄｒｉｄｅ．ａｅｒｙｌａｍｉｄｅ　ａｎｄ　ｍｅｔｈｙｌ　ａｃｎｄａｔｅ　ＷａＳ　ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　Ｔｈｅ　ｓｃａｌｅ　ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ　ａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｏｐｏｌｙｍｅｒ　ｔｏ　ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ　ｗａｔｅｒ　ｃａｎｔｍａｉｎｇ　ＣａＣｎ　ｗａｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ　Ｉｔ　ＷＢＳ　ｆｏｕｎｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｃｓｈｌｐｓ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ　ａｃｔｉｏａ　ａｎｄ　ａｄｄｅｄ　ｅｏｐａｌｙｍｅｒ　ａｍｏｕｎｔ．Ｃ　‘洲ｅｎｔｍ　０ｎ，ａｌｋａｌｉｎｉｔｙ，ｃｏｎｓｔａｎｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｔｉｍｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｏｆｕｔｉｏｎ　ｗｅｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｏｆ　ｄｉｓｐｅｒｓｉｎｇ　ｉｒｏｎ　ｏｘｉｄｅ　ＷａＳ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ　Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｃｏｐｄｙｍｅｒ　ｈａｄ　ｑｕｉｔ　ｇｏｏｄ　ｅｆｆｅｃｔ　ａｎｄ　ｗａｓ　ａｂｌｅ　ｔｏ　ｕｓｅ　ｉｔｔ　ｃａｏｌｉｎｇ　ｗａｔｅｒ　ｆｏｒ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｅｙｅｌｅ－　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：　ｃｏｏｌｉｎｇ　ｗａｔｅｒ　ｆｏｒ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｃｙｃｌｅ；ｓｃａｌｅ　ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｔｔ；ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ；ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　近年来，随着生产的发展，淡水资源的紧张，开发新品种水处理剂和更有效的水处理技　术，　提高工业冷却水的循环利用率已成为一个重要的研究方向．磷（膦）酸类阻垢剂化学性　质稳定，能耐较高的温度，而且能在较高的碱性条件下防垢…，但随着环保上对Ｐ的，这　类阻垢剂的使用受到一定的；磺酸类阻垢剂不但性能良好，而且改善了磷（磷）酸类阻垢　剂的不足，但这类阻垢剂的合成条件不易控制，产率较低，从而使生产成本增加　。　我们合　成的这种新型阻垢剂不但满足环保上对磷的要求，而且用量少、性能稳定，特别适合用于循　・　｛毫日ＩＩＩ：２００１－０１－０２　作者筒舟：张治宏（１９７３一）．男（祝），西安工业学院助教（硬士），从事环境工程方面的研究　维普资讯 http://www.cqvip.com

西安工业学院学报　第２ｌ卷　环冷却水系统．　１实验部分　主要试剂马来酸酐（ｃＰ）；丙烯酰胺（ＣＰ）；丙烯酸甲酯（ＡＲ）；过氧化二苯甲酰（ＣＰ）．　将马来酸酐加入一定量的蒸馏水中，配成所需浓度的单体溶液，然后注　阻垢剂的合成人三颈瓶中，在搅拌下升温至一定温度，待马来酸酐溶解后，开始滴加丙烯酸甲酯、丙烯酰胺　和过氧化二苯甲酰，滴加时间大约为１　ｈ．滴加完毕后，再升温至一定温度聚合反应一段时　同，得到黄色透明的多元共聚物，冷却出料，加入乙醇沉析，抽滤后得到白色丝状固体，真空　干燥．　阻垢率的测定方法移取一定量的水样，加入一定浓度的药剂，摇匀，在一定温度下恒　温一段时间，取出，冷却，取一定量试样用ＥＤＴＡ滴定，记录消耗的ＥＩＹｒＡ的体积．ｃａ２　的测定　采用ＧＢ１５７６—１９９６，阻垢率按下式计算　×１００％　：一　式中，　、　、　分别为恒温后未加药剂水样（空白）、加药剂水样和常温未加药剂水样（总　钙）消耗ＥＤＴＡ的毫升数　光谱结构分析　为了鉴定该共聚物，我们对其进行红外光谱分析：结果表明，１７４０　ｃｎｌ。。　的吸收谱带为丙烯酸甲酯的伸缩振动吸收，３３９７　ｃｒｎ一，１６５７　ｅｍ　的吸收谱带为丙烯酰胺伸　缩振动吸收，２５６９～２９２８　ｃ，ｌｎ　为马来酸酐中羧酸的伸缩振动吸收，分析可知该共聚物为马　来酸酐／丙烯酰胺／丙烯酸甲酯（结构分析将另文讨论）．　２结果与讨论　我们在合成此三元共聚物实验中，对下列四因素：浓度、温度、引发剂的用量和各单体的　配比进行三水平的正交设计，优选出了最佳合成条件，按此最佳合成条件制备出共聚物样　品，并对其阻垢性能进行测试　共聚物的用■与阻垢率的关系测试自配水聚物浓度在（２～１０）×１０　范围内，其　对ｃａｃＯ　阻垢率的变化，在［ｃａ２’］＝２５０×１０，［ＨＣＯ￣－］＝２５０×１０～，８０℃条件下恒温１０　ｈ　所得结果如下表１所示．　表１　阻垢剂量对阻垢率的影晌　维普资讯 http://www.cqvip.com

第２期　张治宏等：应用于循环冷却水系统阻垢剂的　由表中可知，当共聚物浓度从低浓度逐渐增大时，其阻垢率也随之上升，但当共聚物浓　度超过８　Ｘ　１０　以后，随着阻垢剂浓度的增加阻垢率有所下降．　不同Ｃａ：　浓度对共聚物阻垢率的影响　虽然工业原水中ｃ　浓度：般不超过２５０　ｘ　ｌＯ～，但随着循环冷却水浓缩倍数的提高，ｃ　浓度将大大增加，为了观察Ｃａ：　浓度对共聚　物阻垢率的影响，我们将实验用的自配水中ｃａ２　的浓度从２５０　ｘ　１０“提高到１０００　ｘ　１０～，在　［ＨＣＯ；］＝２５０　ｘ　１０～，共聚物浓度为８　ｘ　１０～，８Ｏ℃条件下恒温１０　ｈ所得结果如表２所示．　表２　ｃ　浓度对阻垢率的影响　从表中可以看出，随着ｃ　浓度的增加，共聚物阻垢率有下降的趋势，但仍然保持着相　对较高的阻垢率．　不同碱度对共聚物阻垢率的影响碱度与硬度一样，也是成垢离子的来源，而且随着浓　缩倍数的增加，碱度也有所上升因此研究碱度对阻垢性能的影响也很重要，为此我们将碱　度从２５０　ｘ　１０“逐渐提高到１０００　ｘ　１０“分别测定在不同碱度下共聚物的阻垢率在［ｃａ２　］＿　２５０　ｘ　１０～，共聚物浓度为８　ｘ　１０～，８Ｏ℃的条件下，恒温１０　ｈ，所得结果如表３所示　表３不同碱度对阻垢率的影响　从表中可以看出，不同碱度对共聚物的阻垢率影响很大，这是因为ｃａ２　浓度不变，　ＨＣＯ；浓度成倍增加，在加热条件下，使Ｈｃ０　转变为ｃ０　倾向增大，这样，［ｃａ２　］［ＨＣ０；］　》Ｋｓｐ（ＣａＣＯ　），使得ＣａＣＯ，的稳定性增大，成垢倾向增强　．　恒温时间对共聚物阻垢率的影响恒温时间不同，阻垢率也有变化，为此我们测定不同　恒温时间对共聚物阻垢率的影响．在　ｃ　］＿２５０　ｘ　１０一，［ＨＣ０３］＝２５０　ｘ　１０～，共聚物的浓　度为８　ｘ１０～，８０￣Ｃ的条件下，恒温１０ｈ，所得结果如表４所示　表４恒温时间对阻垢率的影响　维普资讯 http://www.cqvip.com

西安工业学院学报　第２１卷　从表中可以看出，恒温时间延长，阻垢率略有下降．这是因为阻垢剂被吸附在微晶体的　活性表面上，从而阻止和延缓了晶体的生长，产生了一个较长时间的诱导期，但在这样长的　时间中，微晶体上的慢发育面上也会有相当量的碳酸钙的生长，因此，当诱导期过后，溶液中　微晶体又以阻垢剂好象不存在的速度开始生长，因此，随着停放时间的延长，阻垢率略有下　降　共聚物分散氧化铁性能评定氧化铁是循环冷却水系统中的腐蚀产物，其沉积在系统　材质表面不仅降低传热效率、导致细菌繁殖，而且引起垢下腐蚀，因此抑制和分散氧化铁的　沉积是阻垢剂的一项重要性能，为此进行氧化铁分散性能评定，实验在高ｐＨ值下，ＦｅＳＯ　’　７Ｈ，０的水解产物作为氧化铁悬浮介质，通过搅拌、静亘、取上层清液，用７２１分光光度计　（４２０　ｎｍ，３　ｃｍ）测定透光率Ｔ，在［ｃａ２‘］＝１５０　Ｘ　１０～，［Ｆｅ２　］＝１０　Ｘ　１０～，ｐＨ＝９实验条件下　测得的结果为：对应阻垢剂量分别为０，２　Ｘ１０一，４　Ｘ１０～，６×１０～，８　ｘ１０～，１０　Ｘ１０～，其透　光率依次为９４　０％，８３．２％，７０　５％，７５　６％，５３．４％和４３．９％　透光率高低是样品分散氧化铁能力的标志透光率越低表明分散剂对氧化铁分散能力　越强．由此可见，此种共聚物对抑制氧化铁的沉积具有良好的性能．　３结论　该阻垢剂用量少，对硬度和碱度有较宽的适用范围，并对氧化铁有很好的分散性能，尽　管随着硬度、碱度以及恒温时间的延长，阻垢率略有下降，但下降幅度小，是一种比较理想的　可用于循环冷却水的阻垢剂　参考文献：　［１　项成林有机膦酸缓蚀阻垢剂的研究与应用［Ｊ］工业水处理．１９９３，１３（６）：３　２　王德宇磺化苯乙烯一马来酐共聚物的舍成及其阻垢性能研究［Ｊ］工业水处理．１９９４．１４ｔ＇－＇－）：１２　３　熊蓉春、魏刚、张元晶Ｉ＇，ＩＡ－ＳＡＳ—ＡＡ共聚物的舍成及其阻垢性能［Ｊ］．工业水处理．１９９８，１８（６）：１１　４：王平，候盘平．陈友明水解聚马来酸酐阻垢性能的研究［Ｊ：工业水处理、１９９６、１６（４）：ｌ０