水处理设备厂剂的发展和研究方向
随着水资源的日益紧张、环保要求的不断提高，工业冷却水处理将面临越来越严峻的挑战。提高水的重复利用、高浓缩倍率运行、低磷甚至无磷可生物降解的水处理药剂、膜法水处理等技术的开发和应用，将成为今后一段时期内水处理技术发展的重点。
水处理化学品是一大类精细化学品，作为水工业制造业和高新技术产业方面的主要产品，在冷却水中占有重要的地位，被广泛应用于工业循环冷却水、锅炉水、饮用水、工业给排水、油田水处理等方面，以达到节约用水、合理用水及解决水污染之目的。其中，最常用的缓蚀阻垢剂是有机膦酸盐和水溶性聚合物，性能、环境、安全和价格等四个因素是决定其应用的主要因素。有机膦酸盐以良好的热稳定性和化学稳定性、优良的抑制晶体生长等性能而成为水处理复合药剂的中坚；水溶性聚合物以良好的分散性能、对有机膦酸钙的稳定作用而成为近年来特别活跃的研究方向。
1.1 水溶性聚合物水处理设备厂
水溶性聚合物是从最初的均聚物逐步发展到二元、三元共聚物甚至多元共聚物的。均聚物（如聚丙烯酸和聚马来酸）含有的羧基官能团及其较高的相对分子质量对碳酸钙具有优良的抑制性能，为冷却水处理技术提供了基础。由于冷却水中还需考虑氧化铁、磷酸钙、黏土等悬浮性颗粒，单纯的均聚物就无法满足冷却水的处理效果，因此人们将丙烯酸或马来酸酐与含羟基、酰胺基、磺酸基、膦酸基等官能团的单体进行共聚，得到了一系列二元、水处理设备厂三元甚至四元共聚物，从而使得聚合物的综合性能得到大大地提高，如丙烯酸-丙烯酸羟丙酯共聚物（AA/HPA）、丙烯酸-丙烯酸甲酯共聚物（AA/MA）、丙烯酸-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸共聚物（AA/AMPS）、丙烯酸-苯乙烯磺酸共聚物（AA/HPAS）、丙烯酸-异丙烯膦酸共聚物（AA/IPPA）。尤其是20 世纪80 年代开发的AA/AMPS 共聚物以其优异的分散性能得到广泛的应用。
随着人类环境意识的不断加强，环境友好、可生物降解的高效绿色阻垢缓蚀剂成为研究开发的重点，美国Donlar 公司于20 世纪90 年代初期开发出的聚天冬氨酸（PASP＝polyasparticacid）以及Michael.J.B 水处理设备厂等人20 世纪90 年代初发明的聚环氧琥珀酸（PESA=Polyeproxysuecinic Acid）均属此类，其结构如图
聚天冬氨酸分子中不含磷，可生物降解，具有良好的阻垢分散性能，同时已被证明在油井中有良好的缓蚀性能，Donlar 公司也因此获得1996 年度“美国总统绿色化学奖”。比较不同的生产工艺、不同相对分子质量的聚天冬氨酸的阻垢性能可知，PASP 对CaCO3、CaSO4、BaSO4 抑制作用最佳的相对分子质量范围分别为2000～5000、1000～4000、3000～4000。相近相对分子质量的聚天冬氨酸比聚丙烯酸具有更好的阻垢性能，且原料易得，制造过程清洁无害，因而在海水淡化、纯水制备、冷却水处理等方面有着良好的应用前景。20 世纪90 年代初，日本花王公司和美国Betz 实验室先后开发了聚环氧琥珀酸(PESA)，它是一种缓蚀、阻垢双功能药剂，在聚合物中缓蚀性能是比较突出的。因分子中含有多醚基和羧基，对于垢和管壁的吸附性都好，因而可提供很好的缓蚀和阻垢性能，在相同条件下，其阻垢率要比聚丙烯酸和聚马来酸高的多，且毒性小，生物降解性能好，可为环境所接受。PESA 在400～800 的相对分子质量范围内具有最佳的阻垢性能，其对碳酸钙的抑制性能优于HEDP 和聚丙烯酸，而对硫酸钡的抑制作用明显要高于六偏磷酸盐。
1.2 有机膦酸类阻垢剂
含磷有机缓蚀阻垢剂是工业水处理中应用最为广泛和成功的一类药剂。这是由于它们的化学稳定性好，一定条件下和其它水处理剂复合使用，能表现出理想的协同效应，兼具缓蚀阻垢作用的结果。有机膦酸的发展经历了几代，20 世纪60 年代出现了第一代有机膦酸类阻垢缓蚀剂，主要有羟基乙叉二膦酸（HEDP）、氨基三亚甲基膦酸（ATMP）、乙二胺四亚甲基膦酸（EDTMP）等，它们具有化学性能稳定、耐较高温度和较高pH值、有明显的溶限效应和协同效应等特点；对Ca2+、Mg2+、Zn2+、Fe2+等许多金属离子有优良的螯合能力，因而对无机盐垢、特别是CaCO3 垢抑制能力强，且有一定缓蚀性能，因而得到了广泛应用。但由于它们相对分子质量较小，功能基团较少，对钙离子容忍度不高，不能有效抑制磷酸钙垢、锌垢以及分散氧化铁，尤其在高钙和含铁离子水质中，本身易形成有机膦酸钙和铁，影响使用效果，阻垢、缓蚀能力有限，因此在高浓缩倍数的冷却水处理中受到了制约。20 世纪70年代，人们开发了第二代有机膦酸类阻垢缓蚀剂，主要是二乙烯三胺五亚甲基膦酸（DTPMP）和亚己三胺五亚甲基膦酸（BHTMP），它们的阻垢、缓蚀能力有所提高，但没有解决钙离子容忍度低的问题。
1.2.1 甲叉膦酸型化合物
甲叉膦酸型化合物是在水处理中最早应用的药剂之一，由于它能在水中与Ca2+、Mg2+、Zn2+、Fe2+等金属离子形成多元环螯合物，因而具有良好的阻碳酸钙垢的效果和对碳钢的缓蚀性能[5]。20 世纪60 年代末至20 世纪70 年代曾得到了大量的开发和研究，涌现了许多缓蚀与阻垢性能优良的化合物，常见的有氨基三亚甲基膦酸（ATMP）水处理设备厂、甲胺基二甲叉膦酸(MADMP)、乙二胺四亚甲基膦酸（EDTMP）、二乙烯三胺五亚甲基膦酸（DTPMP）。80 年代后有了更迅速的发展，如美国Petrolite公司以α 烷基二胺在一定条件下进行定向取代甲叉磷酸化：
得到的化合物具有优异的缓蚀和阻垢性能。杨璋等也合成了亚氨基二甲叉膦酸(IDPA)，并用俄歇电子能谱(AES)分析了碳钢表面膜的组分发现IDPA 能抑制碳酸钙垢的析出，是一种有效的阻垢剂；同时它在中性和偏碱性水中能抑制碳钢腐蚀，是一种以阴极抑制为主的缓蚀剂。David A Wilson 对含氮杂环化合物的膦酸甲基化合物进行了研究，得出它们比含相同膦酸甲基的烷基膦酸盐有更好的阻垢能力。
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